KR20210088545A - 자동차 및 자동차 조향 방법 - Google Patents

자동차 및 자동차 조향 방법 Download PDF

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만프레트 크라우스
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Abstract

본 발명은 조향 시스템(38, 30), 상기 조향 시스템(28, 30)에 의해 조향될 수 있는 복수의 바퀴(18, 20), 및 상기 바퀴(18, 20)용 바퀴 하우징들(24, 26)을 포함하는 자동차(10), 특히 자율 주행 자동차에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 조향 시스템(28, 30)은 스티어링 휠이 해당 바퀴 쌍의 상기 조향이 가능한 바퀴들(18, 20)에 상응하는 바퀴 하우징들(24, 26)의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(ag) 이하의 조향 각도(a)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 조향하고, 상기 한계 각도(ag)를 초과하는 조향 각도(a)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 조향하도록 설계된다.
또한, 본 발명은 이러한 유형의 자동차(10)를 조향하기 위한 상응하는 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

자동차 및 자동차 조향 방법
본 발명은 조향 시스템, 상기 조향 시스템에 의해 조향될 수 있는 복수의 바퀴, 및 상기 바퀴들을 위한 바퀴 하우징들을 포함하는 자동차, 특히 자율 주행 자동차에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 유형의 자동차를 조향하는 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
이러한 자동차에서 바퀴들은 일반적으로 2 개의 트랙으로 배열된다. 차량의 바퀴가 레일이나 다른 가이드에 구속되지 않는 경우, 바퀴들 중 적어도 2 개는 일반적으로 조향 시스템에 의해 능동적으로 조향될 수 있다. 즉, 각각의 트랙에 대해 피벗(pivot)될 수 있다. 이러한 자동차는 일반적으로 도로 주행을 위한 자동차, 즉, 도로 차량이다. 따라서, 상업적으로 이용 가능한 승용차는 그러한 자동차이다. 트럭, 버스 등과 같은 자동차이다.
자율 주행(autonomous) 자동차 또는 자가 주행(self-driving) 자동차는 인간 운전자의 영향 없이 운전, 제어 및 주차할 수 있는 자동차이다(고도화된 자동 주행(highly automated driving) 또는 자율 주행). 자율 주행 여객 운송 차량은 (자율 주행) 피플 무버(people mover)라고도 한다. 이러한 맥락에서, 자율 주행은 운송되는 사람 중 어느 누구도 차량을 제어하지 않고, 여객 운송 차량이 자체 제어되거나 자동으로 제어된다는 것을 의미한다. 따라서, 운송되는 사람들은 일반적으로 “단지” 승객일 뿐이다.
개별 바퀴에 대한 전기 구동 장치의 통합과 개별 피동 및 조향 가능 바퀴들(바퀴 모듈)의 조합을 통해, 제한된 공간에서 차량 기동성과 관련하여 새로운 가능성이 발생한다. 예를 들어, 최소형 주차 공간이 주행 방향을 가로 질러 주차함으로써 사용될 수 있다. 이는, 예컨대, 최대 90°의 조향 각도가 가능한 조향용 바퀴 모듈에 통합된 전동 액추에이터에 의해 가능하다.
이러한 유형의 자동차에서는 콤팩트한 디자인과 함께 우수한 기동성이 요구되는 경우가 많다.
공보들 JP 2016-22756 A, US 9 834 249 B2 및 US 2016/0236710 A1은 큰 조향 각도를 가능하게 하여 해당 차량이 우수한 기동성을 갖도록 하는 조향 시스템을 구비한 다양한 차량을 나타낸다. 그러나, 이를 위해, 바퀴 또는 바퀴 모듈에는 조향을 위한 적절한 공간이 필요하다.
본 발명의 목적은 자동차의 콤팩트한 구조로 이러한 자동차가 큰 기동성을 갖도록 하는 수단을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항 제1항, 제8항 및 제10항의 특징들에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 각각 개별적으로 또는 조합되어 본 발명의 양태를 나타낼 수 있는 종속항에 명시되어 있다.
본 발명에 따르면, 조향 시스템, 상기 조향 시스템에 의해 조향될 수 있는 복수의 바퀴, 및 상기 바퀴들을 위한 바퀴 하우징들을 구비하는 자동차, 특히 자율 주행 자동차에 있어서, 상기 조향 시스템은 스티어링 휠이 해당 바퀴 쌍의 상기 조향 가능 바퀴들을 상응하는 바퀴 하우징들의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(αg) 이하의 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 조향하고, 상기 한계 각도(αg)를 초과하는 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 조향하도록 설계된다. 이러한 방식으로, 상기 조향 각도는 여전히 0° ≤ α ≤ 90°의 범위에서 선택될 수 있으며, 해당 바퀴 하우징의 치수를 더 작게 형성할 수 있다. 이러한 더 작은 하우징의 형상에 따라, 상기 하우징은 한계 각도(αg)를 결정한다. 이에 따라, 상기 한계 각도는 30° ≤ α ≤ 60°이다. 모든 각도 사양은 직선 주행과 관련되며, 조향 방향에 관계 없이 양수로만, 즉, 절대 각도 값으로 이해되도록 정의된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 한계 각도(αg)는 40° ≤ α ≤ 50°, 특히 45°이다. 상기 한계 각도가 이러한 각도 범위에서 선택되면, 해당 바퀴 하우징은 특히 콤팩트하게 설계될 수 있다.
상기 자동차는 특히 자율 주행 여객 운송 차량이다. 자율 주행 여객 운송 차량은 (자율 주행) 피플 무버(people mover)라고도 한다. 이러한 맥락에서, 자율 주행은 운송되는 사람 중 어느 누구도 차량을 제어하지 않고, 여객 운송 차량이 자체 제어되거나 자동으로 제어된다는 것을 의미한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 조향은 자율 주행용 제어 모듈에 의한 제어를 위한 적어도 하나의 인터페이스를 구비한다. 이러한 구성은 상기 자율 주행 차량, 특히 상기 자율 주행 여객 운송 차량에도 발생한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 조향은 조향 너클 조향이다. 해당 조향 너클은 조향시 회전축을 결정한다. 이러한 조향 회전축은 일반적으로 상기 바퀴의 외부에 위치한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 자동차는 전기 또는 하이브리드 구동 시스템을 포함한다. 특히, 바퀴 허브 (전기) 모터가 사용된다.
또한, 상기 능동 조향 가능 바퀴들은 피동 바퀴들, 특히 바퀴 허브 모터에 의해 구동되는 바퀴들인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 복수의 조향 가능 바퀴 및 상기 바퀴들을 위한 바퀴 하우징들을 구비하고, 상기 조향 가능 바퀴들은 주행시 필수적으로 쌍으로 평행하게 안내되는 자동차를 조향하는 방법, 특히 자율 주행 자동차를 자동으로 조향하는 방법에 있어서, 해당 바퀴 쌍의 상기 조향 가능 바퀴들은 상응하는 바퀴 하우징들의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(αg) 이하의 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 조향되고, 상기 한계 각도(αg)를 초과하는 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 조향된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 방법에서, 상기 한계 각도는 40° ≤ α ≤ 50°, 특히 바람직하게는 45°이다.
또한, 다중 트랙 자동차에 대한 전술한 실시예들은 복수의 조향 가능 바퀴 및 상기 바퀴들을 위한 바퀴 하우징들을 구비하는 자동차를 조향하는 방법에 상응하게 적용된다.
본 발명에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은, 전술한 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 기반 제어 모듈, 특히 자율 주행용 컴퓨터 기반 제어 모듈의 프로세서에 로딩되는 프로그램 구성 요소를 포함한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명하며, 아래에 도시된 특징은 개별적으로 그리고 조합되어 본 발명의 양태를 나타낼 수 있다. 도면은 다음과 같다:
도 1은 조향 가능 바퀴들이 서로 평행하게 약간 회전된 상태를 나타내는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 전방 영역의 개략도이다.
도 2는 서로 평행하게 동일한 방향으로 강하게 회전된 조향 가능 바퀴들을 나타내는 전방 영역의 개략도이다.
도 3은 조향 가능 바퀴들이 서로 역평행하게 매우 강하게 회전된 상태를 나타내는 도 1에 이미 도시된 자동차의 전방 영역의 개략도이다.
도 1은 차량(10)의 전방 영역의 개략도이다. 주행 전방 방향은 화살표(12)로 표시된다. 차량(10)은, 예컨대 승용차 또는 기타 자동차이다. 자동차는 특히 자율 주행 여객 운송 차량과 같은 자율 주행용 자동차일 수 있다.
여기에 도시된 차량(10)은 2 개의 바퀴 모듈(14, 16)을 구비하는 2-트랙 차량(10)이며, 바퀴 모듈들(14, 16)의 전방 영역에는 조향 가능 바퀴들(18, 20)이 각각 구비된다. 여기에 도시된 바퀴(18, 20)는 차량(10)의 조향 시스템(몇 부분만 도시됨)에 의해 조향될 수 있다. 또한, 바퀴 모듈(14, 16) 이외에, 차량(10)의 차체(22)의 전방 영역이 도시되어 있다. 이러한 차체(22)는 바퀴 모듈들(14, 16) 각각에 대해 바퀴 하우징(24, 26)(종종 휠 하우스(wheelhouse)라고도 지칭됨)을 형성한다.
상기 조향은 바퀴들(18, 20) 각각에 대해 조향 너클(28, 30)을 구비하는 조향 너클 조향의 일종으로, 상기 조향 너클(28, 30)은 조향 회전축을 형성하며, 상기 조향 회전축을 중심으로 각각의 조향 가능 바퀴(18, 20)가 우측 또는 좌측으로 조향될 수 있다.
따라서, 바퀴 모듈(14) 중 하나는 바퀴(18) 및 조향 너클(28)을 구비하며, 바퀴 모듈(16) 중 다른 하나는 바퀴(20) 및 조향 너클(30)을 구비한다. 직진 주행시, 이들은 서로 거울상으로 구축되고 배열된다.
도 1은 이제 자동차(10)의 전방 영역을 도시한다-한편으로는 직진 주행시 조향 가능 바퀴(18, 20)의 상태를 나타내며, 다른 한편으로는 조향 가능 바퀴(18, 20)가 동일한 방향으로 서로 평행하게 좌측으로 약간 회전한 상태를 나타낸다. 조향 방향은 화살표(32)로 표시된다. 조향 각도(α)는 상응하는 바퀴 하우징(26)의 형상에 의해 결정되는 한계 각도(αg)에 매우 가깝다.
도 2는 이제 자동차(10)의 전방 영역을 도시한다-한편으로는 직진 주행시 조향 가능 바퀴(18, 20)의 상태를 나타내며, 다른 한편으로는 조향 가능 바퀴(18, 20)가 동일한 방향으로 서로 평행하게 좌측으로 약간 회전한 상태를 나타낸다. 그러나, 도 1과 대조적으로, 조향 각도(α)는 상응하는 바퀴 하우징(26)의 형상에 의해 결정되는 한계 각도(αg)보다 크다. 상응하는 설치 공간의 부족은 영역(34)에서 확인할 수 있으며, 그 결과, 이러한 유형의 바퀴 하우징(26)의 구성으로는 조향 각도(α > αg)를 갖는 이러한 넓은 동일 방향 회전이 이루어질 수 없다.
바퀴 하우징(24, 26)의 미리 결정된 형상에도 불구하고 조향 각도(α > αg)로 회전할 수 있도록 하기 위해, 조향 가능 바퀴(18, 20)는 조향 각도(α > αg)만큼 반대 방향(평행)으로 회전한다. 이는 조향 각도(α
Figure pct00001
90°), 즉, 각도(α >> αg)에 대해 도 3에 도시되어 있다. 바퀴 쌍의 조향 가능 바퀴들(18, 20) 모두는 (예컨대, 주차 과정의 일부로서) 다시 후속 주행을 위해 필수적으로 평행하게 안내된다.
이는 적어도 운전시 조향 가능 바퀴들(18, 20)이 필수적으로 쌍으로 평행하게 안내되는 자동차(10)를 조향하기 위한 다음의 절차를 야기한다: 한 쌍의 바퀴의 조향 가능 바퀴들(18, 20)은 조향시 상응하는 바퀴 하우징들(24, 26)의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(αg) 이하의 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 회전되고, 상기 한계 각도(αg)를 초과하는 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 회전한다.
이하에서, 본 발명의 중요한 양태 및 가능한 실시예를 다시 한 번 설명하도록 한다.
바퀴 모듈/차량 바퀴의 설치 공간 최적화 배치가 제안된다. 특히, 바퀴들(18, 20)을 반대 방향으로 조향하는 단계를 포함하는 조향 방법이 제안되며, 이에 따라 각각의 바퀴 하우징들(24, 26)은 설치 공간을 최적화하도록 설계될 수 있다.
이는 다음의 특징을 야기한다:
- 차량은 차량 축의 바퀴들을 반대 방향으로 조향할 수 있는 조향 장치를 구비한다;
- “정상” 주행시, 하나의 차축의 바퀴들(18, 20)은 바람직하게는 동일한 방향으로 회전한다;
- 수직 주차시, 바퀴 각도가 약 90°인 상태에서, 차축의 바퀴들(18, 20)은 반대 방향으로 회전한다.
도 2는 조향 각도가 90°인 바퀴 배치의 근본적인 문제점을 나타낸다. 바퀴들이 동일한 방향으로 회전하면, 우측 전방 바퀴(18)는 부분적으로 바퀴 하우징(24)의 외부로 이동하므로 추가적인 설치 공간을 필요로 하지 않지만, 좌측 전방 바퀴(20)는 바퀴 하우징(26)의 내부로 회전하여 바퀴 하우징(26)의 바퀴 하우징 윤곽과 충돌한다.
상기 “충돌”은 각 차축의 바퀴들(18, 20)이 반대 방향으로 회전함으로써 방지된다.
도 3은 반대 조향 각도의 장점을 비교하여 나타낸다: 조향 각도가 반대이고 추가적인 설치 공간을 필요로 하지 않는 경우, 양 바퀴들(18, 20)은 각각의 바퀴 하우징들(24, 26)의 외부로 피벗된다.
바퀴들(18, 20)이 외부로 피벗되는 것은 상응하게 조정된 바퀴 운동 역학을 기반으로 한다: 각 조향된 바퀴들(18, 20)의 바퀴 접촉점은 교란력(disturbance force) 레버 아암에 의해 생성된 원 주위의 경로를 설명한다. 이러한 표현은 오직 역회전만이 바퀴들(18, 20)이 바퀴 하우징들(24, 26)의 외부로 피벗되도록 한다는 것을 명확하게 한다. 여기서, 바퀴 접촉점은 차량 축에 수직인 선 또는 평면 상에 위치한다.
이와 대조적으로, 바퀴가 동일한 방향으로 회전하는 경우, 교란력 레버 아암 주위의 원형 움직임은 2 개의 바퀴 접촉점 사이에 오프셋을 생성한다: 좌측 전방 바퀴(VL)(20)의 바퀴 접촉점은 원 주위에서 내측으로 피벗되어 좌측 전방 바퀴를 바퀴 하우징의 내부 윤곽을 향해 (바퀴 하우징(26)의 내부로) 이동시킨다.
10: 차량
12: 화살표(주행 방향)
14: 바퀴 모듈
16: 바퀴 모듈
18: 바퀴
20: 바퀴
22: 차체
24: 바퀴 하우징
26: 바퀴 하우징
28: 차축을 구비한 조향 너클
30: 차축을 구비한 조향 너클
32: 조향 방향
34: 설치 공간 부족
α: 조향 각도
αg: 한계 각도

Claims (10)

  1. 조향 시스템(28, 30), 상기 조향 시스템(28, 30)에 의해 조향될 수 있는 복수의 바퀴(18, 20), 및 상기 바퀴(18, 20)용 바퀴 하우징들(24, 26)을 구비하는 자동차(10), 특히 자율 주행 자동차에 있어서, 상기 조향 시스템(28, 30)은 스티어링 휠이 해당 바퀴 쌍의 상기 조향 가능한 바퀴들(18, 20)을 상응하는 바퀴 하우징들(24, 26)의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(αg) 이하의 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 조향하고, 상기 한계 각도(αg)를 초과하는 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 조향하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 자동차(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한계 각도는 40° ≤ α ≤ 50°, 특히 45°인 것을 특징으로 하는 자동차.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자동차(10)는 자율 주행 승객 운송 차량인 것을 특징으로 하는 자동차.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조향 시스템(28, 30)은 자율 주행용 제어 모듈에 의한 제어를 위해 적어도 하나의 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조향 시스템(28, 30)은 조향 너클 조향 시스템(28, 30)인 것을 특징으로 하는 자동차.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자동차(10)는 전기 또는 하이브리드 구동 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동적으로 조향이 가능한 바퀴들(18, 20)은 피동 바퀴들(18, 20), 특히 허브 모터에 의해 구동되는 바퀴들(18, 20)인 것을 특징으로 하는 자동차.
  8. 복수의 조향 가능 바퀴(18, 20) 및 상기 바퀴(18, 20)용 바퀴 하우징들(24, 26)을 구비하고, 상기 조향 가능 바퀴들(18, 20)은 주행시 필수적으로 쌍으로 평행하게 안내되는 자동차(10)를 조향하는 방법, 특히 자율 주행 자동차를 자동으로 조향하는 방법에 있어서,
    해당 바퀴 쌍의 상기 조향 가능 바퀴들(18, 20)은 상응하는 바퀴 하우징들(24, 26)의 형상에 의해 정의된 해당 한계 각도(αg) 이하의 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조인트 조향하는 경우 동일한 방향으로 조향되고, 상기 한계 각도(αg)를 초과하는 조향 각도(α)만큼 좌측 또는 우측으로 조향하는 경우 반대 방향으로 조향되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 한계 각도는 40° ≤ α ≤ 50°, 특히 45°인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 제8항 또는 제9항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 기반 제어 모듈, 특히 자율 주행용 컴퓨터 기반 제어 모듈의 프로세서에 로딩되는 프로그램 구성 요소를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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