KR20180040066A - 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙 - Google Patents

중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙 Download PDF

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KR20180040066A
KR20180040066A KR1020170072993A KR20170072993A KR20180040066A KR 20180040066 A KR20180040066 A KR 20180040066A KR 1020170072993 A KR1020170072993 A KR 1020170072993A KR 20170072993 A KR20170072993 A KR 20170072993A KR 20180040066 A KR20180040066 A KR 20180040066A
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Abstract

중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙에 있어서, 제1 곡선주로를 포함하는 제1 레인 및 상기 제1 곡선주로와 인접하게 위치하는 제2 곡선주로를 포함하는 제2 레인을 포함하고, 상기 제1 곡선주로는 상기 제1 레인이 소정의 제1 난이도를 갖도록 하는 제1 편경사를 가지고, 상기 제2 곡선주로는 상기 제2 레인이 소정의 제2 난이도를 갖도록 하는 제2 편경사를 갖는 것을 특징으로 하는 트랙이 개시된다.

Description

중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙 {TRACK FOR A RACING CAR PERFORMING NON-POWERED DRIVING USING GRAVITY}
본 발명은 경주용 차량의 트랙에 관한 것이다. 구체적으로는, 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙에 관한 것이다.
복수의 레인들을 포함하는 경주용 트랙에 있어서, 레인들 각각의 난이도를 설정할 수 있는 기준이 있다면 그 기준에 따라 다양하고 공정한 경쟁을 할 수 있다. 따라서, 레인들 각각의 난이도를 평가할 수 있는 방법 및 레인들 각각의 난이도를 설정하기 위한 방법이 요구된다.
횡가속도란 주행하는 경주용 차량이 진행하는 방향의 옆방향(lateral)으로 작용하는 가속도를 의미한다. 경주용 차량이 곡선주로를 주행할 때, 원심력에 의해 경주용 차량은 코너 바깥쪽으로 밀어내는 힘을 받게 된다. 횡가속도는 이러한 원심력에 의해 경주용 차량에 가해지는 가속도를 의미한다. 횡가속도가 커질 경우, 경주용 차량 및 운전자에게 가해지는 부담이 커져 주행의 난이도가 높아질 수 있다. 또한, 원심력이 경주용 차량과 노면 사이의 마찰력보다 크게 작용하는 경우 경주용 차량이 미끄러질 수 있으므로 트랙 구성시 주의가 필요하다.
편경사는 도로의 곡선부에서 바깥쪽을 안쪽보다 일정값만큼 높여 준 것을 의미한다. 원심력으로 인한 차량의 미끄러짐 또는 이탈을 방지하기 위해, 도로의 곡선부에서 바깥쪽을 안쪽보다 높여 주는 것을 의미한다.
공개특허공보 제10-2014-0104527호, 2010.09.29 공개
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙을 제공하는 것이다. 구체적으로, 복수의 레인을 포함하는 경주용 차량의 트랙에 있어서, 각 레인의 난이도를 설정할 수 있는 경주용 차량의 트랙을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙은, 제1 곡선주로를 포함하는 제1 레인 및 상기 제1 곡선주로와 인접하게 위치하는 제2 곡선주로를 포함하는 제2 레인을 포함하고, 상기 제1 곡선주로는 상기 제1 레인이 소정의 제1 난이도를 갖도록 하는 제1 편경사를 가지고, 상기 제2 곡선주로는 상기 제2 레인이 소정의 제2 난이도를 갖도록 하는 제2 편경사를 갖는다.
또한, 상기 제1 편경사 및 상기 제2 편경사는 상기 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로를 주행할 때 받는 횡가속도와 상기 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로를 주행할 때 받는 횡가속도의 크기가 동일하도록 서로 상이하게 설정되어, 상기 제1 난이도 및 상기 제2 난이도가 동일하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡선주로 및 상기 제2 곡선주로의 중심은 서로 동일하고, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인은 서로 동일한 수의 곡선주로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 편경사 및 상기 제2 편경사는 상기 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로를 주행할 때 받는 횡가속도와 상기 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로를 주행할 때 받는 횡가속도의 크기가 상이하도록 서로 동일하게 설정되어, 상기 제1 난이도 및 상기 제2 난이도가 상이하도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 편경사는 상기 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로를 주행할 때 받는 원심력이 상기 경주용 차량과 상기 제1 레인의 노면 사이의 마찰력 이하가 되도록 설정되고, 상기 제2 편경사는 상기 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로를 주행할 때 받는 원심력이 상기 경주용 차량과 상기 제2 레인의 노면 사이의 마찰력 이하가 되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡선주로의 회전반경 및 상기 제2 곡선주로의 회전반경은 상기 경주용 차량의 최소 회전반경보다 같거나 크게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인은 제1 경사를 갖는 직선주로를 포함하고, 상기 제1 경사는 상기 경주용 차량의 종가속도가 기 설정된 임계 종가속도를 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 직선주로의 길이 및 상기 임계 종가속도는 상기 경주용 차량의 주행속도가 기 설정된 임계 속도를 초과하지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인은 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 노면을 지지하는 노면 지지부를 더 포함하고, 상기 노면 지지부는 좌우 또는 상하로 회전가능하도록 설정되어, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 경사 및 편경사를 조정가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 종료지점에 구비된 감속구간을 더 포함하고, 상기 감속구간은 평지 또는 오르막길로 구성되며, 상기 감속구간의 길이는 상기 경주용 차량이 상기 감속구간의 끝에 도달하기 전에 정지할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 트랙은, 상기 트랙에 포함된 직선주로의 경사 및 길이, 상기 트랙에 포함된 곡선주로의 편경사, 길이 및 회전반경, 상기 트랙에 포함된 레인 폭, 레인 간 이격거리, 곡선주로의 수 및 상기 트랙에 포함된 곡선주로 사이의 거리 중 적어도 하나에 기초하여 난이도가 결정될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
복수의 레인을 포함하는 경주용 차량의 트랙에 있어서, 트랙이 곡선주로를 포함하는 경우 레인별로 회전반경이 상이하게 설정될 수 있다. 이 경우, 각 레인을 주행하는 경주용 차량이 받는 원심력과 그에 따른 횡가속도가 상이하게 될 수 있다. 복수의 레인을 포함하는 경주용 차량의 트랙에 있어서, 각 레인의 난이도를 정확하게 의도한대로 설정하는 것은 공정하고 다양한 경쟁을 위하여 중요하다.
개시된 실시 예에 따르면, 복수의 레인들 각각의 회전 반경에 따라 편경사를 조절함으로써 각 레인의 난이도를 동등하게 설정할 수 있다. 따라서, 복수의 경주용 차량들이 레인에 무관하게 공정한 경쟁을 할 수 있다.
또한, 경주용 차량이 미끄러지지 않는 한도 내에서 최대한의 횡가속도를 경험할 수 있도록 설정하여, 안전을 보장하면서도 운전자로 하여금 놀이기구를 타는 듯한 주행의 스릴을 느끼도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 트랙의 직선주로의 길이 및 경사를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따라 트랙의 곡선주로의 편경사를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 최소회전반경을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 트랙의 감속구간을 도시한 도면이다.
도 6은 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙의 실제 예시를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 트랙(100)은 제1 레인(200) 및 제1 레인(200)과 인접한 제2 레인(300)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 중력을 이용하는 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량(10 및 20)이 도시되어 있다. 일 실시 예에서, 경주용 차량(10)은 제1 레인(200)을 주행하고, 경주용 차량(20)은 제2 레인(300)을 주행할 수 있다. 본 명세서에서는, 별도의 정의가 없는 한 설명의 편의를 위하여 경주용 차량(10 및 20)의 크기, 모양 및 무게가 모두 동일하다고 가정한다.
경주용 차량(10 및 20)은 별도의 동력장치를 포함하지 않으며, 중력을 이용하여 트랙(100)을 주행할 수 있다. 트랙(100)은 다양한 종단경사를 가지는 내리막길로 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 트랙(100)의 일부는 경사가 없는 평지 및 오르막길을 포함할 수 있다. 하지만, 트랙(100)의 시작지점은 트랙(100)의 종료지점보다 높은 곳에 위치해야 한다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 시작지점 및 종료지점은 동일선상에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 시작지점은 서로 동일한 고도에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 종료지점은 서로 동일한 고도에 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)은 직선주로(210) 및 곡선주로(220)를 포함한다. 일 실시 예에서, 제2 레인(300)은 직선주로(310) 및 곡선주로(320)를 포함한다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)는 서로 인접하게 위치할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)의 곡선주로(220) 및 제2 레인(300)의 곡선주로(320)는 서로 동일한 중심을 가질 수 있다. 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 중심과 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 중심은 정확히 일치하지는 않을 수 있으나, 소정의 거리 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 중심과 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 중심은 서로 3m내에 위치할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)은 서로 동일한 수의 곡선주로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)은 서로 동일한 수의 직선주로를 포함할 수 있다.
제1 레인(200)의 직선주로(210)는 제1 경사를 갖는다. 제2 레인(300)의 직선주로(310)는 제2 경사를 갖는다.
제1 레인(200)의 곡선주로(220)는 제1 회전반경 및 제1 편경사를 갖고, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)는 제2 회전반경 및 제2 편경사를 갖는다.
도 1에 도시된 트랙(100)은 예시를 위한 것이며, 트랙(100)은 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)을 포함하는 복수의 레인들을 더 포함할 수 있다.
마찬가지로, 제1 레인(200)은 제1 직선주로(210)를 포함하는 복수의 직선주로들을 더 포함하고, 제1 곡선주로(220)를 포함하는 복수의 곡선주로들을 더 포함할 수 있다. 제2 레인(300)은 제2 직선주로(310)를 포함하는 복수의 직선주로들을 더 포함하고, 제2 곡선주로(320)를 포함하는 복수의 곡선주로들을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 트랙(100)을 주행하기 위한 난이도가 설정될 수 있다. 트랙(100)을 주행하기 위한 난이도는 트랙(100)의 경사도 및 곡선주로 구간에서 경주용 차량(10 및 20)이 받는 횡가속도의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 트랙(100)의 경사도가 높아질수록, 트랙(100)을 주행하는 경주용 차량(10 및 20)이 도달가능한 종가속도가 높아질 수 있다. 따라서, 트랙(100)의 경사도가 높아질수록 트랙(100)을 주행하기 위한 난이도가 높아질 수 있다.
또한, 트랙(100)의 곡선주로 구간이 급격하게 꺾일수록, 그리고 경주용 차량(10 및 20)의 곡선주로의 진입속도가 클수록, 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로 구간에서 받는 횡가속도의 크기가 커질 수 있다. 일 실시 예에서, 같은 곡선주로 구간이더라도 회전반경이 작아지면 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로 구간에서 받는 횡가속도의 크기가 커질 수 있다.
경주용 차량(10 및 20)이 받는 횡가속도의 크기가 커지는 것은, 원심력에 의해 경주용 차량(10 및 20)이 트랙 바깥쪽으로 밀려나는 힘을 더 크게 받는 것을 의미할 수 있다. 경주용 차량(10 및 20)이 받는 원심력이 경주용 차량(10 및 20)과 트랙(100)사이의 마찰력보다 커지는 경우, 경주용 차량(10 및 20)은 트랙 바깥쪽으로 밀려날 수 있다. 결과적으로, 경주용 차량(10 및 20)이 트랙(100)의 곡선주로 구간에서 받는 횡가속도가 커질수록, 경주용 차량(10 및 20)을 제어하기가 어려워질 수 있다. 따라서, 경주용 차량(10 및 20)이 트랙(100)의 곡선주로 구간에서 받는 횡가속도가 커질수록 트랙(100)의 난이도가 높아질 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)은 동일한 트랙(100)에 서로 인접하게 포함된 레인임에도 불구하고, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 회전반경(x)와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 회전반경(y)은 상이하다.
따라서, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 곡선주로(220)를 주행할 때 받는 횡가속도와 경주용 차량(20)이 제2 레인(300)의 곡선주로(320)를 주행할 때 받는 횡가속도의 크기는 상이할 수 있다. 예를 들어, 경주용 차량(10 및 20)이 같은 속도로 곡선주로를 진입할 때, 경주용 차량(20)이 제2 레인(300)의 곡선주로(320)를 주행할 때 받는 횡가속도의 크기가 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 곡선주로(220)를 주행할 때 받는 횡가속도의 크기보다 더 클 수 있다.
일 실시 예에서, 트랙(100)에서 복수의 경주용 차량들이 주행하며 트랙(100)의 종료지점에 도착한 순위 또는 트랙(100)의 종료지점에 도착할 때까지 소요된 시간 등에 기초하여 경쟁을 할 수 있다. 이 경우, 트랙(100)에 포함된 모든 레인들의 난이도를 동등하게 설정해야 한다. 따라서, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)에서 경주용 차량(10)이 받는 횡가속도와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에서 경주용 차량(20)이 받는 횡가속도의 크기를 동일하게 설정할 필요가 있다.
경주용 차량이 곡선주로에서 받는 횡가속도의 크기는 곡선주로의 편경사를 이용하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 제1 편경사와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 제2 편경사는, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)에서 경주용 차량(10)이 받는 횡가속도와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에서 경주용 차량(20)이 받는 횡가속도의 크기가 동등해지도록 설정될 수 있다.
제1 편경사 및 제2 편경사를 설정하는 방법은 이하 도 3에서 구체적으로 설명될 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 트랙의 직선주로의 길이 및 경사를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 난이도가 다르게 설정될 수도 있다. 도 2에서는, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 난이도를 동일하게 설정하기 위한 방법을 설명한다.
제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 난이도를 동일하게 설정하기 위하여, 제1 레인(200)의 직선주로(210)와 제2 레인(300)의 직선주로(310)의 길이 및 경사가 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 설명의 편의를 위해 도 2에서는 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 기준으로 하여 트랙(100)의 직선주로의 경사를 설정하는 방법을 설명한다.
제1 레인(200)의 난이도를 높이고자 하는 경우, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하면서 도달할 수 있는 최고속도를 높일 수 있다.
경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하면서 도달할 수 있는 최고속도를 높이는 방법으로서, 제1 레인(200)의 직선주로(210)의 경사(θ)를 높임으로써 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하는 경주용 차량(10)의 종가속도를 높일 수 있다.
또한, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하면서 도달할 수 있는 최고속도를 높이는 방법으로서, 제1 레인(200)의 직선주로(210)의 길이를 늘릴 수 있다.
제1 레인(200)의 직선주로(210)의 시작지점에서 경주용 차량(10)의 속도를 v0라 하고, 제1 레인(200)의 직선주로(210)의 종료지점에서 경주용 차량(10)의 속도를 v1이라 하자. 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하면서 받는 종가속도를 ai, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 직선주로(210)를 주행하는 데 걸리는 시간을 t라고 할 때, v1은 다음의 수학식 1을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure pat00001
또한, 제1 레인(200)의 직선주로(210)의 길이 s는 다음의 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure pat00002
또한, 경주용 차량(10)의 무게를 m이라 할 때, 다음 수학식 3이 성립한다.
Figure pat00003
수학식 3에서, g는 중력가속도를 의미하고, h는 제1 레인(200)의 직선주로(210)의 시작지점과 종료지점 사이의 높이 차이를 의미한다.
상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여, 트랙(100)의 난이도에 맞는 직선주로의 길이 및 경사를 결정할 수 있다.
수학식 1 내지 수학식 3에서, v0 및 v1의 단위는 m/s, ai의 단위는 m/s2이고, t의 단위는 sec일 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따라 트랙의 곡선주로의 편경사를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 난이도가 다르게 설정될 수도 있다. 도 3에서는, 제1 레인(200)과 제2 레인(300)의 난이도를 동일하게 설정하기 위한 방법을 설명한다.
트랙(100)의 곡선주로는 트랙(100)의 직선주로의 접선방향으로 연결되어 소정의 회전반경을 갖는 곡선 형태의 주로를 의미한다. 트랙(100)의 곡선주로의 난이도는 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로에 진입하는 속도 및 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로를 주행하면서 받는 횡가속도의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 회전반경이 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 회전반경보다 클 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)를 주행하는 경주용 차량(10)이 받는 횡가속도와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)를 주행하는 경주용 차량(20)이 받는 횡가속도를 동일하게 함으로써, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 난이도를 동일하게 설정할 수 있다.
우선, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)및 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에서 경주용 차량(10 및 20)이 받게 될 횡가속도 값 aocf를 결정할 수 있다. 제1 레인(200)의 곡선주로(220)에 진입하는 경주용 차량(10)의 속도를 v, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 회전반경을 r, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)가 갖는 편경사를 i라 할 때, 다음 수학식 4를 이용하여 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 편경사 i를 산출할 수 있다.
Figure pat00004
수학식 4에서, aocf의 단위는 g(중력가속도)이고, v의 단위는 km/h, r의 단위는 m, i의 단위는 %일 수 있다.
마찬가지로, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에 진입하는 경주용 차량(20)의 속도를 v, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 회전반경을 r, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)가 갖는 편경사를 i라 할 때, 상술한 수학식 4를 이용하여 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 편경사 i를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 회전반경이 15m이고, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 회전반경이 10.8m일 수 있다. 경주용 차량(10 및 20)이 각각 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)의 곡선주로(220 및 320)에 30km/h의 속도로 진입하도록 설정되어 있다고 가정할 때, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 편경사를 10%, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 편경사를 29%로 설정하면, 경주용 차량(10 및 20)이 동일한 횡가속도를 받도록 할 수 있다.
다른 예로, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 회전반경이 19.2m이고, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 회전반경이 15m일 수 있다. 경주용 차량(10 및 20)이 각각 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)의 곡선주로(220 및 320)에 30km/h의 속도로 진입하도록 설정되어 있다고 가정할 때, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 편경사를 0%, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 편경사를 10%로 설정하면, 경주용 차량(10 및 20)이 동일한 횡가속도를 받도록 할 수 있다.
또 다른 예로, 경주용 차량(10 및 20)이 각각 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)의 곡선주로(220 및 320)에 30km/h의 속도로 진입하도록 설정되어 있다고 가정할 때, 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 편경사를 10%, 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 편경사를 10%로 서로 동일한 편경사를 갖도록 설정하면, 경주용 차량(10 및 20)이 서로 상이한 횡가속도를 받도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 곡선주로(220)에 진입하는 속도와 경주용 차량(20)이 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에 진입하는 속도가 서로 상이할 수 있다. 이 경우에도, 경주용 차량(10)이 제1 레인(200)의 곡선주로(220)에 진입하는 속도를 수학식 4의 v에 대입하여 획득한 aocf와, 경주용 차량(20)이 제2 레인(300)의 곡선주로(320)에 진입하는 속도를 v에 대입하여 획득한 aocf가 같아지도록 제1 레인(200)의 곡선주로(220)의 편경사와 제2 레인(300)의 곡선주로(320)의 편경사를 설정함으로써 제1 레인(200)의 곡선구간(220)과 제2 레인(300)의 곡선구간(320)의 난이도를 동등하게 설정할 수 있다.
일 실시 예에서, 횡가속도 aocf는 트랙(100)을 주행하는 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로를 주행할 때 미끄러짐이 발생하지 않도록 설정될 수 있다. 경주용 차량(10 및 20)이 곡선주로를 주행할 때 받는 원심력이 경주용 차량(10 및 20)에 가해지는 노면 마찰력보다 크거나 같으면 미끄러짐이 발생할 수 있다.
경주용 차량(10 및 20)에 가해지는 횡가속도는 운전자를 포함한 경주용 차량(10 및 20)의 무게중심에 작용한다. 설명의 편의를 위하여, 본 명세서의 경주용 차량(10 및 20)은 운전자를 포함하는 것으로 가정한다. 따라서, 경주용 차량(10 및 20)에 가해지는 횡가속도는 경주용 차량(10 및 20)의 무게중심에 작용한다.
경주용 차량(10 및 20)의 무게가 m, 노면과 경주용 차량(10 및 20) 사이의 마찰계수가 μ, 곡선주로의 회전반경이 m일 때, 경주용 차량(10 및 20)이 트랙(100)의 곡선주로에서 원심력에 의한 미끄러짐이 발생하지 않도록 하는 경주용 차량(10 및 20)의 곡선주로 주행속도 v는 다음 수학식 5를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00005
일 실시 예에서, 트랙(100)의 곡선주로에 편경사 G를 추가함으로써, 더 높은 속력에도 경주용 차량(10 및 20)이 미끄러지지 않도록 할 수 있다. 편경사 G를 갖는 트랙(100)의 곡선주로에 있어서, 경주용 차량(10 및 20)이 트랙(100)의 곡선주로에서 원심력에 의한 미끄러짐이 발생하지 않도록 하는 경주용 차량(10 및 20)의 곡선주로 주행속도 v는 다음 수학식 6을 이용하여 산출될 수 있다.
Figure pat00006
트랙(100)의 곡선주로는 경주용 차량(10 및 20)의 미끄러짐이 발생하지 않는 범위 내에서 최대한의 횡가속도를 받을 수 있도록 설정하여, 경주용 차량(10 및 20)의 운전자로 하여금 스릴을 느끼게 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)은 차량의 이탈을 방지하기 위한 펜스(230, 240, 330 및 340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300) 사이에는 소정의 이격(110)이 존재할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)및 제2 레인(300) 사이의 이격(110)의 폭은 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)의 폭보다 좁게 설정될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(200)및 제2 레인(300) 사이의 이격(110)의 폭은 3m를 넘지 않도록 설정될 수 있다.
또한, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)은 제1 레인(200) 및 제2 레인(300) 각각의 노면을 구성하는 노면 지지부(250 및 350)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 노면 지지부(250 및 350)는 좌우 또는 상하로 소정의 각도 내에서 회전가능하도록 설정될 수 있다. 노면 지지부(250 및 350)를 좌우 또는 상하로 회전함으로써, 제1 레인(200) 및 제2 레인(300)의 경사 및 편경사를 조정할 수 있다.
도 4는 최소회전반경을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에서, 경주용 차량(10 및 20)의 최소회전반경이 측정될 수 있다. 최소회전반경은, 경주용 차량(10 및 20)이 180도를 회전하는 데 필요한 최소반경을 의미한다.
도 4를 참조하면, 경주용 차량(10)의 핸들을 한쪽으로 완전히 회전시킨 후 주행하여, 경주용 차량(10)이 180도를 회전하도록 한 후 회전 지름(D)을 측정할 수 있다. 최소 회전 반경은 회전 지름(D)을 반으로 나눈 값(D/2)이 될 수 있다.
일 실시 예에서, 경주용 차량(10)의 최소회전반경에 기초하여 트랙(100)의 최소회전반경이 설정될 수 있다. 예를 들어, 트랙(100)의 최소회전반경은 경주용 차량(10)의 최소회전반경보다 같거나 크게 설정될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 트랙의 감속구간을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 레인(210) 및 제1 레인(210)의 감속구간(260)이 도시되어 있다. 도 5에서는 제1 레인(210)을 기준으로 하여 트랙(100)의 감속구간에 대해서 설명한다. 도 5에서 제1 레인(210) 및 제1 레인(210)의 감속구간(260)에 대해서 서술되는 내용은 트랙(100)에 포함된 모든 레인에 적용될 수 있다.
일 실시 예에서, 경주용 차량(10)은 별도의 감속장치를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 경주용 차량(10)이 제1 레인(210)의 주행을 마쳤을 때, 경주용 차량(10)이 안전하게 정지할 수 있도록 하는 감속구간(260)이 필요할 수 있다.
일 실시 예에서, 감속구간(260)은 평지로 구성될 수도 있고, 오르막길로 구성될 수도 있다. 또한, 감속구간(260)은 평지 및 오르막길의 조합으로 구성될 수도 있다.
감속구간(260)이 평지로 구성되는 경우, 경주용 차량(10)과 감속구간(260)의 노면 사이의 마찰을 이용하여 경주용 차량(10)을 정지시킬 수 있다. 감속구간(260)이 오르막길로 구성되는 경우, 경주용 차량(10)과 감속구간(260)의 노면 사이의 마찰 및 오르막길 주행에 따라 운동에너지가 위치에너지로 변환되는 원리를 이용하여 경주용 차량(10)을 정지시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 레인(210)의 경사는 감속구간(260)에 가까워질수록 낮아질 수 있다. 감속구간(260)에 인접한 제1 레인(210)의 경사(θe)는 제1 레인(210)의 평균 경사보다 낮을 수 있다. 따라서, 경주용 차량(10)의 가속도는 감속구간(260)에 진입하기 전에 다소 감소될 수 있다.
경주용 차량(10)이 감속구간(260)에 진입할 때의 속도가 ve라고 할 때, 감속구간(260)의 길이 se는 경주용 차량(10)이 감속구간(260)의 끝에 도달하기 전에 정지할 수 있도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 경주용 차량(10)이 감속구간(260)을 se만큼 주행했을 때, 경주용 차량(10)의 속도가 0이 되도록 설정될 수 있다.
도 6은 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 트랙의 실제 예시를 난이도에 따라 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 트랙(100)은 복수의 레인을 포함할 수 있다. 트랙(100)에 포함된 복수의 레인들 각각은 복수의 직선주로 및 복수의 곡선주로를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 트랙(100)의 난이도를 설정하기 위하여 직선주로의 길이, 경사 및 곡선주로의 편경사가 조정될 수 있다.
또한, 트랙(100)의 난이도는 곡선주로의 회전반경, 곡선주로의 길이, 곡선주로의 수 및 곡선주로의 배치방법에 의해서도 조정될 수 있다. 예를 들어, 곡선주로의 회전반경이 작으면서 곡선주로의 길이가 길면, 급격하게 많은 회전을 해야 하므로 트랙(100)의 난이도가 높아질 수 있다.
또한, 트랙(100)에 포함된 곡선주로의 수가 많을수록 회전 조작이 많이 필요하므로, 트랙(100)의 난이도가 높아질 수 있다.
또한, 트랙(100)에 포함된 곡선주로들 간의 간격이 짧을수록 급격한 방향전환을 위한 회전 조작이 필요하므로, 트랙(100)의 난이도가 높아질 수 있다.
또한, 한쪽 방향의 곡선주로가 끝난 직후에 반대쪽 방향의 곡선주로가 이어진다면, 경주용 차량(10 및 20)에 가해지는 원심력 및 그에 따른 횡가속도의 방향이 급격하게 변경되고, 회전 조작이 어려울 수 있으므로, 트랙(100)의 난이도가 높아질 수 있다.
이하 표 1에서는, 트랙(100)을 주행하는 경주용 차량(10 및 20)의 속력, 주행조작의 횟수 및 횡가속도에 기초하여 트랙(100)의 난이도를 구분하는 예시를 기재하였다. 표 1은 예시를 위해 기재된 것으로, 트랙(100)의 난이도를 구분하는 기준은 이에 제한되지 않는다.
난이도 구분 속력 [km/h] 주행조작 횡가속도 [m/s2]
상 40~50 많음 0.64g~0.8g
중 30~40 중간 0.47g~0.64g
하 ~30 적음 ~0.47g
일 실시 예에서, 주행조작은 조향 및 감속 등과 같이 경주용 차량(10 및 20)을 운전하는 운전자가 직접 조작해야 하는 것을 의미한다. 주행조작의 횟수에 영향을 주는 요소로서 트랙(100)의 직선, 선회요소, 경사도 및 트랙의 폭 등이 포함될 수 있다.
일 실시 예에서, 주행조작의 횟수가 많음, 중간 및 적음으로 분류될 수 있다. 이는 180도를 선회하여 코너를 종료하기 위하여 필요한 조작의 횟수를 기준으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 속력은 트랙(100)의 시작지점과 종료지점 사이를 직선으로 주행한다고 가정하였을 때 얻을 수 있는 최대 속력을 기준으로 설정될 수 있다.
일반 도로에서 자동차를 운전할 때, 운전자가 느낄 수 있는 횡가속도는 0.3g정도이다. 개시된 실시 예에 따르면, 운전자로 하여금 트랙(100)의 노면 마찰계수 0.8의 한계치에 도달하는 0.8g까지 횡가속도를 경험하도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 클라우드 서버 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 경주용 차량
20: 경주용 차량
100: 트랙
200: 제1 레인
210: 직선주로
220: 곡선주로
300: 제2 레인
310: 직선주로
320: 곡선주로

Claims (10)

  1. 중력을 이용한 무동력 주행을 수행하는 미리 정해진 경주용 차량의 특성을 반영하여 프로그래밍된 맞춤형 트랙으로서,
    상기 트랙의 시작지점은 종료지점보다 높은 곳에 위치하고,
    상기 미리 정해진 경주용 차량은, 기 설정된 무게, 무게중심의 높이, 전후좌우 무게배분, 휠 얼라인먼트 및 캐스터를 포함하고, 상기 트랙의 노면과 기 설정된 구름저항을 갖는 바퀴를 더 포함하고,
    상기 트랙은 상기 미리 정해진 경주용 차량이 미리 정해진 종가속도 및 횡가속도 중 적어도 하나를 가지도록 길이, 경사, 회전반경 및 편경사가 설계되어, 운전자가 상기 미리 정해진 경주용 차량으로 상기 트랙을 주행하는 동안 프로그래밍된 난이도를 체감할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 트랙.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트랙은,
    제1 곡선주로를 포함하는 제1 레인; 및
    상기 제1 곡선주로와 동일한 중심을 갖는 제2 곡선주로를 포함하는 제2 레인; 을 포함하고,
    상기 제1 곡선주로는 상기 제1 레인이 소정의 제1 난이도를 갖도록 하는 제1 편경사를 가지고,
    상기 제2 곡선주로는 상기 제2 레인이 소정의 제2 난이도를 갖도록 하는 제2 편경사를 가지고,
    상기 트랙의 적어도 일부에는 상기 트랙의 시작지점부터 종료지점까지 중력을 이용한 무동력 주행이 가능하도록 하는 경사가 구비되고,
    상기 제1 난이도 및 상기 제2 난이도는, 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로 및 상기 제2 곡선주로를 상기 제1 곡선주로 및 상기 제2 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 종가속도 및 횡가속도 중 적어도 하나에 의하여 결정되고,
    상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로 또는 상기 제2 곡선주로에 진입하는 속도를 v, 상기 제1 곡선주로 또는 상기 제2 곡선주로의 회전반경을 r, 상기 제1 곡선주로 또는 상기 제2 곡선주로에서 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 받는 횡가속도를 a라고 할 때, 상기 제1 곡선주로 또는 상기 제2 곡선주로의 편경사 i는 아래 수학식에 의해 결정되는, 트랙.
    Figure pat00007
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 편경사 및 상기 제2 편경사는, 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 횡가속도와 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 횡가속도의 크기가 동일하도록 서로 상이하게 설정되어, 상기 제1 난이도 및 상기 제2 난이도가 동일하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 트랙.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 편경사 및 상기 제2 편경사는 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 횡가속도와 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 횡가속도의 크기가 상이하도록 서로 동일하게 설정되어, 상기 제1 난이도 및 상기 제2 난이도가 상이하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 트랙.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 편경사는 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제1 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 원심력이 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 바퀴와 상기 제1 레인의 노면 사이의 마찰력 이하가 되도록 설정되고,
    상기 제2 편경사는 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 제2 곡선주로의 경사를 이용하여 무동력으로 주행할 때 받는 원심력이 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 바퀴와 상기 제2 레인의 노면 사이의 마찰력 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 트랙.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 곡선주로의 회전반경 및 상기 제2 곡선주로의 회전반경은 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 최소 회전반경보다 같거나 크게 설정되는, 트랙.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 레인 및 상기 제2 레인은 제1 경사를 갖는 직선주로를 포함하고,
    상기 제1 경사는 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량의 종가속도가 기 설정된 임계 종가속도를 초과하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 트랙.
  8. 제2 항에 있어서, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인은 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 노면을 지지하는 노면 지지부를 더 포함하고,
    상기 노면 지지부는 좌우 또는 상하로 회전가능하도록 설정되어, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 경사 및 편경사를 조정가능하도록 구성되는, 트랙.
  9. 제2 항에 있어서, 상기 제1 레인 및 상기 제2 레인의 종료지점에 구비된 감속구간을 더 포함하고,
    상기 감속구간은 평지 또는 오르막길로 구성되며,
    상기 감속구간의 길이는 상기 무동력 주행을 수행하는 경주용 차량이 상기 감속구간의 끝에 도달하기 전에 정지할 수 있도록 구성되는, 트랙.
  10. 제2 항에 있어서, 상기 트랙은,
    상기 트랙에 포함된 직선주로의 경사 및 길이, 상기 트랙에 포함된 곡선주로의 편경사, 길이 및 회전반경, 상기 트랙에 포함된 레인 폭, 레인 간 이격거리, 곡선주로의 수 및 상기 트랙에 포함된 곡선주로 사이의 거리 중 적어도 하나에 기초하여 난이도가 결정되는, 트랙.
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CN109322221A (zh) * 2018-08-08 2019-02-12 华南理工大学 一种采用四次Bezier曲线分段构造公路三维空间线形的方法
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