KR20210065656A

KR20210065656A - 가변 휠 주행장치

Info

Publication number: KR20210065656A
Application number: KR1020190154665A
Authority: KR
Inventors: 서은호; 고훈건; 박준환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-06-04
Also published as: US20210155312A1; US11591037B2

Abstract

본 발명에 따른 주행장치는, 사용자가 탑승 가능하게 마련되는 몸체; 상기 몸체에 회전 가능하게 결합되는 2개의 구동휠; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 결합되고, 3휠 모드에서 지면에 접촉하여 연직방향을 중심으로 회전해 상기 몸체가 소정의 속도인 주행속도로 주행하는 방향을 조향하는 조향휠부를 포함하고, 상기 몸체는, 상기 사용자가 착석할 수 있도록 형성되는 시트부; 상기 3휠 모드에서, 상기 시트부에 착석한 사용자의 몸이 기울어진 정도에 의해서 조향이 이루어지도록, 상기 시트부가 기울어진 정도를 획득하는 조향부; 및 상기 조향부와 상기 시트부를 연결하는 포스트를 포함한다.

Description

가변 휠 주행장치 {VARIABLE WHEELED VEHICLE}

본 발명은 복수의 휠을 이용해 주행하는 주행장치에 관한 것이다.

다양한 소형 주행장치가 근래 이용되고 있다. 이러한 소형 주행장치의 경우, 1인이 근거리 주행을 위해 사용하는 사용형태의 특성상 일반적인 차도뿐 아니라, 인도나 좁은 골목 등의 다양한 주행환경에서 사용될 가능성이 있다. 또한 근거리 주행을 위해 소형 주행장치가 주로 사용된다 하여도, 저속주행뿐 아니라 고속주행의 필요가 있을 수도 있다.

따라서 처한 환경과 사용자가 원하는 주행방식에 부합하도록, 소형 주행장치는 일반적인 차량 등에 비해서 다양한 주행 모드와 다양한 형태를 가지고 주행될 필요가 있다. 또한 이러한 주행 모드의 전환이 용이하게 이루어져야 할 필요가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가변 휠 주행장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 주행장치는, 사용자가 탑승 가능하게 마련되는 몸체; 상기 몸체에 회전 가능하게 결합되는 2개의 구동휠; 및 상기 몸체에 회전 가능하게 결합되고, 3휠 모드에서 지면에 접촉하여 연직방향을 중심으로 회전해 상기 몸체가 소정의 속도인 주행속도로 주행하는 방향을 조향하는 조향휠부를 포함하고, 상기 몸체는, 상기 사용자가 착석할 수 있도록 형성되는 시트부; 상기 3휠 모드에서, 상기 시트부에 착석한 사용자의 몸이 기울어진 정도에 의해서 조향이 이루어지도록, 상기 시트부가 기울어진 정도를 획득하는 조향부; 및 상기 조향부와 상기 시트부를 연결하는 포스트를 포함한다.

이에 따라, 주행장치를 이용하여, 2휠 모드 또는 3휠 모드로 주행할 수 있다.

사용자가 다양한 자세로 주행장치에 탑승하여 주행할 수 있다.

주행속도의 변화가 있어도 전도됨이 없이 안정적으로 주행장치의 주행이 가능하다.

주행장치의 회전반경을 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치가 2휠 모드에 따른 형태를 가지는 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 조향부의 내부 구조가 드러나도록 조향 하우징의 일부분을 제거하고 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 조향부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 시트부의 높이를 조절하는 상황을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 3휠 모드에서의 위에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치를 후방에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 3휠 모드에서의 주행속도와 최대 조향각도의 관계를 각각 가로축과 세로축으로 하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치의 2휠 모드에서의 위에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 휠의 주행장치(1)는, 몸체(10), 구동휠(20) 및 조향휠부(30)를 포함할 수 있고, 전체적인 주행장치(1)를 제어하기 위한 프로세서를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 좌우방향, 상하방향 및 전후방향은 발명의 이해를 돕기 위해 사용되는 표현이고, 상대적인 것이어서, 주행장치(1)가 배치된 상태에 따라서 다른 방향으로 변경될 수 있다. 따라서 진행방향(D1)은 도시된 것과 같이 전방일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

구동휠(20)

구동휠(20)은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)가 주행하도록 회전하는 휠이다. 구동휠(20)은 2개로 구성되어, 몸체(10)의 좌우측 양단에 각각 회전 가능하게 결합되어, 몸체(10)가 소정의 속도인 주행속도로 진행방향(D1)으로 주행하도록 할 수도 있다. 몸체(10)의 좌측에 위치한 구동휠을 좌측 구동휠(21), 몸체(10)의 우측에 위치한 구동휠을 우측 구동휠(22)로 지칭할 수 있다.

구동휠(20)은 휠 구동부를 포함하여, 구동휠(20)의 외관을 형성하는 바퀴형의 구동휠 케이스를 회전시킬 수 있다. 이러한 휠 구동부는, 구동휠 케이스의 외측에 배치되어, 몸체(10)에 결합 및 고정될 수 있으나, 구동휠 케이스의 내측에 배치되어 인휠(in-wheel) 방식으로 구동휠 케이스를 회전시킬 수도 있다. 인휠 방식으로 구동휠 케이스를 휠 구동부가 회전시킬 경우, 구동휠 케이스의 내측면과 휠 구동부가 기어를 통해 맞물려 구동휠 케이스가 휠 구동부가 생성한 구동력에 의해 회전할 수 있다.

구동휠(20)이 2개로 구성되고 몸체(10)의 양단에 각각 하나씩 배치될 것이므로, 각 구동휠(20)은 같은 구동 회전축을 중심으로 회전하되, 서로 반대되는 방향으로 회전할 수 있다. 따라서 구동휠(20)에 의해 진행방향(D1)으로의 몸체(10)의 전진과, 진행방향(D1)의 반대방향으로의 몸체(10)의 후진이 일어날 수 있다. 구동 회전축은 좌우방향과 나란할 수 있다.

이러한 서로 반대된 방향으로의 회전이 가능하도록, 각 구동휠(20)에 배치된 2개의 휠 구동부 역시 서로 반대되는 방향으로의 회전하는 구동력을 생성하여 전진 또는 후진이 이루어지도록 할 수 있다. 다만 구동휠(20)은 서로 동일한 방향으로 회전하여, 몸체(10)가 향하는 방향을 변경할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)가 2륜 모드에 따른 형태를 가지는 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2를 더 참조하여 2륜 모드에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)는 2휠 모드와 3휠 모드를 가질 수 있다. 2휠 모드에서는 2개의 구동휠(20)만을 이용하여 주행이 이루어지고, 3휠 모드에서는 2개의 구동휠(20)과 1개의 조향휠(31)로 구성된 총 3개의 휠을 이용하여 주행이 이루어질 수 있다. 2휠 모드는 세그웨이와 같이 사용자가 몸체(10)에 일어선 상태로 탑승하여 주행하는 모드이고, 3휠 모드는 스쿠터와 같이 사용자가 착석하여 고속으로 안정적인 상태에서 주행할 수 있도록 제공되는 모드이다. 이러한 2휠 모드와 3휠 모드 중 어느 하나가 선택적으로 주행장치(1)의 조향휠부(30)의 배치를 변경함에 따라 수행될 수 있으며, 각각의 모드에서 이루어지는 제어는, 다른 모드가 수행될 때에는 작동하지 않을 수 있다. 따라서

2휠 모드에서, 몸체(10)가 전후로 기울어지는 정도에 따라 구동휠(20)은 가속되거나 감속될 수 있다. 이러한 몸체(10)의 전후 기울어짐은, 기울기 획득부에 의해서 획득될 수 있다. 기울기 획득부는, 자이로스코픽 센서 또는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 기울기 획득부는, 몸체(10)에 배치될 수 있다.

또한 2휠 모드에서, 후술할 핸들(14)이 조작됨에 따라 2개의 구동휠(20)의 속도의 불균형이 형성되어 조향이 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로 이루어지는 2휠 모드의 조향 방법에 대해서는 후술한다.

조향휠부(30)

조향휠부(30)는 3휠 모드에서 조향을 위해 작용하는 구성요소이다. 조향휠부(30)는 2휠 모드에서는 지면에 접촉하지 않고 이격되며, 3휠 모드에서는 외부로 돌출되어 지면에 접촉할 수 있다. 따라서 2휠 모드에서는 조향휠부(30)의 작용이 없으며, 3휠 모드에서는 조향휠부(30)의 조향휠(31)이 지면에 접촉한 상태로 회전하되, 연직방향을 회전축으로 더 회전하여, 주행장치(1)의 진행방향(D1)을 변경하는 조향을 실시할 수 있다. 조향휠부(30)가 연직방향을 회전축으로 회전하는 각도를 조향각도로 지칭할 수 있다.

3휠 모드에서, 조향휠부(30)는 몸체(10)가 주행하는 진행방향(D1)을 기준으로 2개의 구동휠(20)보다 후측에 위치할 수 있다. 따라서 전측에 위치한 구동휠(20)들이 구동을 실시하면, 종동 회전을 하는 조향휠부(30)가 조향을 실시하여 진행방향(D1)을 변경하며 주행하는 방식으로 주행이 이루어질 수 있다.

조향휠부(30)는 조향휠(31)과 조향휠 홀더(32)를 포함할 수 있다. 조향휠(31)은 3휠 모드에서 지면에 접촉하여 회전하는 바퀴형의 부분이고, 조향휠 홀더(32)는 조향횔이 수평방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 결합되는 부분이다. 조향휠 홀더(32)는 동시에 몸체(10)가 포함하는 거리조절부(16)에, 연직방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 따라서 결과적으로 조향휠(31)은, 몸체(10)에 대해서 수평방향과 나란한 일 회전축 및 연직방향과 나란한 회전축으로 회전할 수 있게 결합된다.

조향휠(31)이 조향휠 홀더(32)에 결합될 때에는, 종동회전만이 가능해도 무관하므로, 별도의 구동부나 동력을 전달하는 연결구조를 가지지 않을 수 있다. 그러나 조향휠 홀더(32)가 몸체(10)에 결합될 때에는, 연직방향을 중심으로 한 조향휠(31)의 회전이 사용자의 조향에 따라 이루어져야 하므로, 조향휠 홀더(32)를 연직방향을 중심으로 회전시킬 수 있는 홀더 구동부 또는 동력을 조향휠 홀더(32)로 전달하는 연결구조를 더 가질 수 있다.

3휠 모드에서, 몸체(10)는, 조향휠부(30)와 구동휠(20)의 거리를 조절하는 거리조절부(16)를 더 포함할 수 있다. 거리조절부(16)는 몸체(10)의 케이스(11)로부터 돌출되거나 케이스(11)의 내부로 들어갈 수 있는 구조를 가질 수 있다. 거리조절부(16)는 길이가 조절되는 부분을 가질 수 있고, 조향휠부(30)와 결합되되 길이가 조절되는 부분에 대해서 회전 가능하게 결합되는 부분을 가져, 조향휠부(30)를 케이스(11)에 수납하거나 돌출되어 지면에 접촉하도록 할 수 있다.

2휠 모드에서 거리조절부(16)는, 도 2에 도시된 것과 같이 축소되어 케이스(11)와 조향휠부(30)가 가까워지도록 하거나, 케이스(11)에 형성된 케이스 개구(111)를 통해 케이스(11)의 내부로 조향휠부(30)가 진입하여, 케이스(11)의 내부에 조향휠부(30)가 위치하도록 할 수 있다. 3휠 모드에서 거리조절부(16)는, 다른 도면에서 도시된 것과 같이 케이스(11)로부터 외측으로 돌출되어, 조향휠(31)이 케이스(11)로부터 멀어지며 지면에 접촉하도록 할 수 있다.

거리조절부(16)는 조향휠부(30)와 케이스(11)의 거리를 조절하여, 3휠 모드에서 주행장치(1)가 가지는 회전반경을 조절할 수 있다.

몸체(10)

몸체(10)는 사용자가 탑승 가능하게 마련되는 부분으로, 각 휠이 서로 연결되도록 하는 중심이 되는 부분이기도 하다. 몸체(10)는 핸들(14), 표시부(15), 시트부(13), 포스트(12), 케이스(11), 거리조절부(16) 및 조향부(18)를 포함할 수 있다.

케이스(11)는, 구동 휠이 회전 가능하게 결합되고, 거리조절부(16)를 통해 조향휠부(30)가 연결될 수 있는 부분이다. 케이스(11)의 내측으로 거리조절부(16)에 의해 조향휠부(30)가 진입할 수 있다. 케이스(11)에는 발판(112)이 형성되어, 사용자가 발을 올려놓거나 딛고 일어설 수 있다. 발판(112)에는 페달이 형성되어, 3휠 모드에서 가속 또는 감속을 위해 사용자가 페달을 가압할 수 있다.

포스트(12)는 케이스(11)에 내장되는 조향부(18)에 연결되는 구성요소로, 상단에 사용자가 파지할 수 있는 핸들(14)이 연결될 수 있고, 중간에 사용자가 착석하도록 마련되는 시트부(13)가 배치될 수 있다. 따라서 사용자가 조향을 위해 핸들(14)을 파지하고 좌 또는 우로 기울임에 따라서, 포스트(12)가 기울어질 수 있다. 또한 사용자가 시트부(13)에 착석한 상태에서, 조향을 위해 좌 또는 우로 몸을 기울이는 경우, 시트부(13)가 일측으로 기울어짐에 따라 포스트(12)가 기울어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 조향부(18)의 내부 구조가 드러나도록 조향 하우징(181)의 일부분을 제거하고 도시한 도면이다. 도 4는 도 3의 조향부(18)를 확대하여 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 더 참조하여 조향부(18)에 대해 설명한다. 사용자가 조향을 위해 포스트(12)를 기울였을 때, 조향부(18)에서 포스트(12)가 기울어진 정도를 획득할 수 있고, 획득된 기울기를 주행장치(1)의 조향을 위해 사용할 수 있다. 즉 3휠 모드에서는 시트부(13)에 착석한 사용자의 몸이 기울어진 정도에 의해서 포스트(12)가 기울어져 조향이 이루어질 수 있다. 이를 위해, 조향부(18)는 조향값 획득부와, 조향 축부재(183)와, 조향 복귀부(182)와, 조향 하우징(181)을 포함할 수 있다.

조향 축부재(183)는 포스트(12)의 하단에 결합되는 축부재로, 진행방향(D1)과 나란한 조향 회전축(A)을 중심으로 회전할 수 있도록 배치되는 축부재이다. 포스트(12)는 조향 축부재(183)를 중심으로 회전할 수 있다.

조향 축부재(183)가 회전한 정도가 조향값이 될 수 있다. 조향 축부재(183)가 몇 도의 각도로 회전하였는지를 조향값으로 획득하기 위해, 조향 축부재(183)와 인접하여 조향값 획득부가 배치될 수 있다. 조향값 획득부는 엔코더를 포함할 수 있다. 조향값 획득부는 조향 하우징(181)에 배치될 수 있다.

조향 복귀부(182)는 조향 하우징(181) 내에 배치되되, 포스트(12)가 원상태로 복귀할 수 있도록 하는 구성요소이다. 조향 복귀부(182)는 탄성부재(1821)와 캠(1822)을 포함할 수 있다. 연직 방향으로 나열된 탄성부재(1821)의 상단이 조향 축부재(183)에 연결되고, 하단이 캠(1822)에 연결될 수 있다. 캠(1822)은 외측면이 곡면형으로 형성되어, 조향 하우징(181)의 내측면에 경사지게 형성되는 안내면(1811)을 따라 슬라이딩 할 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이 캠(1822)이 바퀴형으로 형성되는 경우, 안내면(1811)을 따라 캠(1822)이 구를 수 있다.

안내면(1811)으로부터 캠(1822)이 이탈하지 않도록, 캠(1822)은 진행방향(D1)을 따라 서로 이격된 두 부분으로 나뉘어 배치될 수 있고, 안내면(1811)은 캠(1822)의 두 부분 사이에 형성되는 틈으로 삽입되어 진행방향(D1)을 따라 캠(1822)이 이탈하지 않도록 하는 안내 돌출부를 포함할 수 있다.

조향 복귀부(182)는 조향이 이루어지지 않는 상태에서 캠(1822)이 좌우방향을 기준으로 중심에 위치하고, 가장 하측에 위치하는 기본 상태를 가진다. 이러한 기본 상태에서 포스트(12) 역시 좌우 어느 쪽으로도 기울어지지 않을 수 있다. 포스트(12)가 기울어짐에 따라 조향 축부재(183)가 회전할 때, 조향 복귀부(182) 역시 기울어지면서 캠(1822)이 안내면(1811)을 따라 좌상 또는 우상으로 이동한다. 이에 따라 탄성부재(1821)가 압축되고, 조향 복귀부(182)를 기본 상태로 돌아가게 하는 탄성력이 작용한다. 사용자가 포스트(12)에 조향을 위한 입력을 중단하면, 탄성력에 의해 조향 복귀부(182)가 기본 상태로 돌아가고, 포스트(12) 역시 어느 쪽으로 기울어지지 않은 상태로 돌아갈 수 있다.

안내면(1811)은 기본 상태에 놓인 조향 복귀부(182)의 좌우측에 각각 좌상과 우상으로 경사진 형태로 형성될 수 있다. 따라서 기본 상태의 조향 복귀부(182)의 캠(1822)은 안내면(1811)에 의해 형성된 골에 놓인 형태가 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 시트부(13)의 높이를 조절하는 상황을 도시한 도면이다.

도 5를 더 참조하여 몸체(10)의 높이 조절에 대해 설명한다. 핸들(14)은 2휠 모드에서 몸체(10)가 조향되도록 사용자가 조작할 수 있는 부분이다. 그러나 3휠 모드에서도 사용자는 시트부(13)에 착석한 상태에서 핸들(14)을 파지할 수 있다. 사용자는 핸들(14)을 파지하고 포스트(12)를 좌 또는 우로 기울여 조향을 실시할 수 있으나, 핸들(14)이 포스트(12)에 회전 가능하게 결합되어, 포스트(12)의 움직임 없이 핸들(14)의 움직임만이 조향부(18)에 전달되는 구조를 가지는 것도 가능하다.

2휠 모드에서는 핸들(14)을 이용해 사용자가 포스트(12)를 그 연장된 방향을 중심으로 회전시키거나, 포스트(12)에 핸들(14)이 회전 가능하게 결합되어 핸들(14)을 회전시킴에 따라 조향이 이루어질 수 있다. 따라서 이러한 핸들(14)의 제어는 3휠 모드에서는 잠겨, 3휠 모드에서는 핸들(14)을 사용자가 조작하여도 조향부(18)에 아무런 제어 신호나 물리적 변화가 일어나지 않을 수 있다. 따라서 3휠 모드에서는 핸들(14)과 조향부(18)의 작용이 서로 무관할 수 있다. 또한 2휠 모드에서 핸들(14)을 제어할 때, 포스트(12)가 조향부(18)에 대해 형성하는 각도가 일정하게 유지될 수 있다.

핸들(14)은 주행장치(1)를 가속시키거나 멈추도록, 사용자가 조작할 수 있게 제공되는 조작부를 더 포함할 수 있다.

포스트(12)는 전후방향으로 구부러질 수 있도록 적어도 하나의 관절(121)을 가질 수 있다. 구부러질 수 있는 관절(121)이 포스트(12)에 형성됨에 따라, 포스트(12)에 결합된 시트부(13)는 승강할 수 있다. 사용자가 핸들(14)을 파지하고 상하방향으로 힘을 주는 등의 방식으로 포스트(12)를 조작하여 시트부(13)와 핸들(14)을 승강시킬 수 있다.

사용자는 핸들(14)과 시트부(13)의 높이를 높여서 직립한 상태로 주행장치(1)에 탑승 및 주행을 실시할 수 있고, 핸들(14)과 시트부(13)의 높이를 낮춰서 시트부(13)에 착석한 상태로 주행을 실시할 수도 있다. 도 5에는, 시트부(13)의 높이를 높인 상태를 이점 쇄선으로, 시트부(13)의 높이를 낮춘 상태를 실선으로 표시하였다.

핸들(14)과 인접하게는 디스플레이 장치를 포함하는 표시부(15)가 형성되어, 속도 등의 정보를 사용자가 인식할 수 있도록 표시할 수 있다. 또한 핸들(14)과 인접하게 버튼 등의 입력장치를 포함하는 입력부가 배치되어, 사용자가 2휠 모드와 3휠 모드 중 하나의 주행 모드를 선택할 수 있도록 할 수 있다. 입력부와 표시부(15)는 동일한 터치스크린에 의해 구현될 수도 있다.

프로세서

프로세서는 제어명령을 수행하는 논리 연산이 가능한 소자를 포함하는 구성요소로, CPU(Central Processing Unit) 등을 포함할 수 있다. 프로세서는 전기적인 제어가 필요한 구성요소들에 연결되어, 제어명령에 따른 신호를 각 구성요소들에 전달할 수 있고, 각종 센서 또는 획득부들에 연결되어 획득된 정보를 신호의 형태로 전달받을 수 있다. 프로세서는 각각의 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 도선으로 연결되거나, 무선으로 통신 가능한 통신 모듈을 더 가져 상호 통신할 수 있다. 이러한 프로세서는 케이스(11)에 내장될 수 있으나, 몸체(10)의 다른 부분에 내장될 수도 있다.

프로세서가 수행하는 제어명령은 저장매체에 저장되어 활용될 수 있고, 저장매체는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 서버, 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등과 같은 장치일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다. 저장매체에는 이 밖에도 프로세서가 작업을 수행하기 위해 필요로 하는 데이터 등이 더 저장될 수 있다.

사용자가 주행 모드를 선택하면, 프로세서는 해당 주행 모드에 대응되는 상태로 조향휠부(30)가 위치하도록 거리조절부(16)를 제어할 수 있다.

프로세서는, 조향부(18)의 조향값 획득부에서 획득한 조향값을 전달받는다. 다만 안정적인 주행을 위해, 주행 속도에 따라 조향휠부(30)가 가질 수 있는 조향각도의 최대값의 변화가 생기므로, 조향값에 고정적인 게인값을 곱하여 조향각도롤 산출하고, 산출된 조향각도로 조향휠부(30)가 회전하도록 제어할 경우, 주행장치(1)는 전도될 위험이 있다. 따라서, 조향값에 곱해지는 게인값에 대해, 주행속도를 기초로 한 보정이 요구된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 3휠 모드에서의 위에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)를 후방에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 3휠 모드에서의 주행속도와 최대 조향각도의 관계를 각각 가로축과 세로축으로 하여 나타낸 그래프이다.

3휠 모드에서 프로세서는, 사용자에 의해 입력된 소정의 각도인 조향값에 곱해지면 조향각도와 같아지는 3휠 조향 게인값을, 주행속도가 커질수록 작아지도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 아래 수학식 1을 만족하는 3휠 조향 게인값을 적용하여, 조향휠부(30)가 회전하는 조향각도를 결정할 수 있다.

여기서 GT는 3휠 조향 게인값, g는 중력가속도, d는 몸체(10)의 중심으로부터 각 구동휠(20)까지의 거리, v는 주행속도, h는 몸체(10)의 중심으로부터 사용자의 무게중심까지의 연직거리, K는 0 초과 1 이하의 값으로 안전범위를 결정하는 값, INmax는 조향값의 최대값이다.

이러한 값을 얻기 위해서, 조향휠부(30)의 회전속도를 0으로 가정하여 사용자가 받는 횡가속도(도 7의 a)를

로 근사하여 구하고(여기서 Φ는 조향각도), 도 7에서 중력가속도에 의한 소정의 위치(주행장치(1)의 중심으로부터 수평방향으로 z만큼의 거리의 지점)에서 주행장치(1)에 가해지는 모멘트와, 횡가속도에 의해 주행장치(1)에 가해지는 모멘트가 평형을 이루도록 한다. 이로부터 얻어진 내용을 합쳐서, 주행장치(1)가 전도되지 않고 안전하게 주행될 수 있는 K=z/d 값의 범위(0 초과 1 이하)를 대입해 얻을 수 있다.

수학식 1을 이용하여, 주행속도에 따른 3휠 조향 게인값을 보정하여 적용함에 따라, 전도됨이 없이 안정적으로 3휠 모드에서 주행장치(1)를 제어할 수 있다.

보다 안정적인 주행을 위해, 주행속도가 소정의 임계속도 이하이고, 상기 주행속도가 증가할 때 조향각도는, 소정의 값인 가속최대 조향각도(SA1) 이하이고, 상기 주행속도가 감소할 때 조향각도는, 가속최대 조향각도(SA1)보다 작은 소정의 값인 감속최대 조향각도(SA2)일 수 있다.

따라서 가속시 가속최대 조향각도(SA1) 이상의 조향각도가 산출될 경우, 도시된 것과 같이 가속최대 조향각도(SA1)로 최대 조향각도를 일정하게 유지시키는 구간과, 가속최대 조향각도(SA1)로부터 감속최대 조향각도(SA2)까지 조향각도가 감소하는 구간을 포함하는 제1 경로(R1)를 가질 수 있다. 감속시에는 감속최대 조향각도(SA2)보다 큰 조향각도가 산출된 경우, 도시된 것과 같이 감속최대 조향각도(SA2)로 최대 조향각도를 일정하게 유지하는 구간을 포함하는 제2 경로(R2)를 가질 수 있다. 도 8에서, K값을 0.8로 설정한 상태에서, 가속최대 조향각도(SA1)는 60도이고, 감속최대 조향각도(SA2)는 40도인 것으로 표시되었으나, 이에 제한되지는 않는다.

도 8에 도시된 것과 같이, 저속에서 중고속으로 가속할 때에는 큰 조향각도 사용이 가능한 제1 경로(R1)를 따라가서 저속 방향전환을 고려할 수 있다. 또한 중고속에서 저속으로 감속할 때에는 작은 조향각도 사용이 가능한 제2 경로(R2)를 따라가도록 해서, 갑작스런 조향각도 변화를 방지할 수 있다. 이러한 제1 경로(R1)와 제2 경로(R2)를 따르는 히스테리시스 루프를 따르도록, 프로세서가 3휠 모드에서의 주행장치(1)를 제어할 수 있다. 임계속도보다 큰 소정의 속도부터는, 조향각도의 최대값이 감속최대 조향각도(SA2)보다 작은 속도인 고속최대 조향각도(SA3)인 구간을 포함하는 제3 경로(R3)를 따라 제어가 이루어질 수 있다.

한편, 주행속도가 제1 임계속도보다 작을 때, 3휠 조향 게인값은 제1 3휠 게인값과 같게 유지되고, 주행속도가 제2 임계속도 이상일 때, 3휠 조향 게인값은 제2 3휠 게인값과 같게 유지되고, 주행속도가 제1 임계속도 이상 제2 임계속도 미만일 때, 3휠 조향 게인값은 주행속도가 증가할수록 비선형적으로 감소할 수 있으며, 이 때 제2 임계속도는, 제1 임계속도보다 클 수 있다. 도 8에서 제1 임계속도는 4km/h, 제2 임계속도는 10km/h일 수 있으나, 속도값이 이에 제한되지는 않는다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)의 2휠 모드에서의 위에서 본 자유물체도를 나타낸 것이다.

2휠 모드에서 프로세서는, 핸들(14)이 조작됨에 따라 2개의 구동휠(20)의 속도의 불균형이 형성되어 조향이 이루어지도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 사용자에 의해 입력된 조향값에 곱해져서 2개의 구동휠(20)의 속도의 차이(ω)를 결정하는 2휠 조향 게인값을, 아래 수학식 2를 만족하도록 산출하여, 2개의 구동휠(20)의 속도의 차이를 결정할 수 있다.

여기서 GD는 2휠 조향 게인값, g는 중력가속도, d는 몸체(10)의 중심으로부터 각 구동휠(20)까지의 거리, v는 주행속도, K는 0 초과 1 이하의 값으로 안전범위를 결정하는 값, h 몸체(10)의 중심으로부터 사용자의 무게중심까지의 연직거리, INmax는 조향값의 최대값이다.

위 수학식 2를 얻는 과정은 수학식 1을 얻는 과정과 유사하나, 횡가속도를 주행속도와 각속도의 곱으로 근사한다는 점에서 차이가 있다.

이와 같이 프로세서가 각 주행 모드에서 주행속도에 따른 조향 게인값을 보정하여 적용하도록 제어함에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 주행장치(1)는, 사용자가 동일한 정도의 조향값을 입력해도 전도되지 않고 안정적으로 주행될 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 주행장치
10 : 몸체
11 : 케이스
12 : 포스트
13 : 시트부
14 : 핸들
15 : 표시부
16 : 거리조절부
18 : 조향부
20 : 구동휠
21 : 좌측 구동휠
22 : 우측 구동휠
30 : 조향휠부
31 : 조향휠
32 : 조향휠 홀더
111 : 케이스 개구
112 : 발판
121 : 관절
181 : 조향 하우징
182 : 조향 복귀부
183 : 조향 축부재
1811 : 안내면
1821 : 탄성부재
1822 : 캠
D1 : 진행방향
A : 조향 회전축
R1 : 제1 경로
R2 : 제2 경로
R3 : 제3 경로
SA1 : 가속최대 조향각도
SA2 : 감속최대 조향각도
SA3 : 고속최대 조향각도

Claims

사용자가 탑승 가능하게 마련되는 몸체;
상기 몸체에 회전 가능하게 결합되는 2개의 구동휠; 및
상기 몸체에 회전 가능하게 결합되고, 3휠 모드에서 지면에 접촉하여 연직방향을 중심으로 회전해 상기 몸체가 소정의 속도인 주행속도로 주행하는 방향을 조향하는 조향휠부를 포함하고,
상기 몸체는,
상기 사용자가 착석할 수 있도록 형성되는 시트부;
상기 3휠 모드에서, 상기 시트부에 착석한 사용자의 몸이 기울어진 정도에 의해서 조향이 이루어지도록, 상기 시트부가 기울어진 정도를 획득하는 조향부; 및
상기 조향부와 상기 시트부를 연결하는 포스트를 포함하는, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 조향부는,
상기 포스트와 연결되어, 상기 시트부가 기울어진 정도에 연동되어 회전하는 조향 축부재;
상기 조향 축부재가 회전한 정도로부터 조향값을 획득하는 조향값 획득부;
연직 방향으로 나열되고, 하단에 외측면이 곡면형으로 형성되는 캠을 구비하고, 상단에 상기 조향 축부재가 결합되어, 상기 조향 축부재의 회전에 연동하여 회전하는 조향 복귀부;
상기 캠의 외측면이 접촉하여 슬라이딩 할 수 있는 경사진 안내면을 내측에 가지는 조향 하우징을 포함하는 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 조향휠부는 상기 몸체가 주행하는 방향을 기준으로 상기 2개의 구동휠보다 후측에 위치하는, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 몸체는, 상기 조향휠부와 상기 구동휠의 거리를 조절하는 거리조절부를 더 포함하는, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 조향휠부는, 2휠 모드에서 지면으로부터 이격되되, 상기 2휠 모드와 상기 3휠 모드 중 어느 하나를 선택적으로 수행하는, 주행장치.
제5항에 있어서,
상기 몸체는, 상기 2휠 모드에서, 상기 몸체가 조향되도록 상기 사용자가 조작할 수 있는 핸들을 포함하는, 주행장치.
제6항에 있어서,
상기 2휠 모드에서, 상기 핸들이 조작됨에 따라 상기 2개의 구동휠의 속도의 불균형이 형성되어 조향이 이루어지는, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 사용자에 의해 입력된 조향값에 곱해져서 상기 조향휠부가 회전하는 각도인 조향각도를 결정하는 3휠 조향 게인값은, 상기 주행속도가 커질수록 작아지는, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 사용자에 의해 입력된 조향값에 곱해져서 상기 조향휠부가 회전하는 각도인 조향각도를 결정하는 3휠 조향 게인값은,
상기 주행속도가 제1 임계속도보다 작을 때, 제1 3휠 게인값과 같게 유지되고,
상기 주행속도가 제2 임계속도 이상일 때, 제2 3휠 게인값과 같게 유지되고,
상기 주행속도가 상기 제1 임계속도 이상 상기 제2 임계속도 미만일 때, 상기 주행속도가 증가할수록 비선형적으로 감소하고,
상기 제2 임계속도는, 상기 제1 임계속도보다 작은, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 사용자에 의해 입력된 조향값에 곱해져서 상기 조향휠부가 회전하는 각도인 조향각도를 결정하는 3휠 조향 게인값은, 하기 식을 만족하는, 주행장치.

(GT는 상기 3휠 조향 게인값, g는 중력가속도, d는 상기 몸체의 중심으로부터 각 상기 구동휠까지의 거리, v는 상기 주행속도, K는 0 초과 1 이하의 값, h는 상기 몸체의 중심으로부터 상기 사용자의 무게중심까지의 연직거리, INmax는 상기 조향값의 최대값)
제1항에 있어서,
상기 주행속도가 소정의 임계속도 이하일 때,
상기 주행속도가 증가할 경우의 상기 조향휠부가 회전하는 각도인 조향각도는, 소정의 값인 가속최대 조향각도 이하이고,
상기 주행속도가 감소할 경우의 상기 조향각도는, 상기 가속최대 조향각도보다 작은 소정의 값인 감속최대 조향각도인, 주행장치.
제5항에 있어서,
상기 2휠 모드에서, 상기 사용자에 의해 입력된 조향값에 곱해져서 상기 2개의 구동휠의 속도의 차이를 결정하는 2휠 조향 게인값은, 하기 식을 만족하는, 주행장치.

(GD는 상기 2휠 조향 게인값, g는 중력가속도, d는 상기 몸체의 중심으로부터 각 상기 구동휠까지의 거리, v는 상기 주행속도, K는 0 초과 1 이하의 값, h는 상기 몸체의 중심으로부터 상기 사용자의 무게중심까지의 연직거리, INmax는 상기 조향값의 최대값)
제5항에 있어서,
상기 2휠 모드에서, 상기 몸체가 전후로 기울어지는 정도를 획득하는 기울기 획득부를 더 포함하고,
상기 구동휠은, 상기 기울기 획득부가 획득한 기울기에 따라 가감속되는, 주행장치.
제5항에 있어서,
상기 2휠 모드에서, 상기 포스트가 상기 조향부에 대해 형성하는 각도는 일정하게 유지되는, 주행장치.
제5항에 있어서,
상기 3휠 모드에서, 상기 핸들의 조작과 상기 조향부의 작용은 서로 무관한, 주행장치.
제1항에 있어서,
상기 시트부는, 승강 가능한, 주행장치.