KR20210158453A - 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법 - Google Patents

굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법 Download PDF

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Abstract

후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프(jackknife) 현상을 방지할 수 있는 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법에 관한 것으로, 굴절 차량(articulated vehicle)의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하는 굴절각 산출부, 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 오차 산출부, 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하는 모멘트 생성부, 그리고 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어하는 굴절 제어부를 포함할 수 있다.

Description

굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법 {APPRATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ARTICULATION OF ARTICULATED VEHICLE}
본 발명은 굴절 차량용 굴절 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프(jackknife) 현상을 방지할 수 있는 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 굴절 차량은, 굴절 버스, 트랙터-트레일러(tractor-trailer) 차량 및 기차 등과 같이 두 대 이상의 차량을 굴절마디로 연결하여 곡선 도로에서도 쉽게 휘어지면서 운행할 수 있도록 제작된 운송수단 중의 하나이다.
최근에는, 전기 버스용 휠 모터 엑슬이 적용되고, 후방 축이 구동되는 푸셔 타입(pusher type)의 굴절 차량이 개발되고 있다.
이러한 푸셔 타입의 굴절 차량은, 잭나이프(jackknife) 현상과 같은 불안정한 거동을 방지하기 위한 굴절 시스템이 필요하다.
잭나이프 현상이란, 굴절 차량이 곡선 도로에서 급브레이크를 밟았을 때, 전방 차량 몸체에 연결된 후방 차량 몸체가 관성력에 의해 전방 차량 몸체에 대하여 잭 나이프처럼 구부러지는 현상을 말한다.
따라서, 굴절 시스템은, 굴절 차량에 굴절이 발생할 경우, 전방 차량 몸체와 후방 차량 몸체 사이의 굴절각(hitch angle)에 따라 유압 장치의 댐핑력 증감 및 차량 동력 차단 제어를 통해 잭나이프 현상을 방지하도록 안전 제어를 수행하고 있다.
하지만, 굴절 차량은, 전진 회전 시보다 후진 회전 시에 굴절각(hitch angle)이 더 커지게 되어 잭나이프 현상이 쉽게 발생하는 문제가 있다.
특히, 굴절 차량은, 후진 회전 시에, 운전자의 스티어링 각도와 굴절 차량의 굴절각이 선회 곡선과 일치하지 않을 경우, 굴절각이 급격히 커져서 과도하게 꺾일 수 있게 된다.
이로 인하여, 굴절 차량을 공간이 협소한 차고지에서 후진 주차할 경우, 조작이 미숙한 운전자는, 앞뒤로 여러 번 왕복해야하는 불편함이 발생할 수 있으며, 실수로 다른 차량과의 접촉 사고가 발생할 확률이 높아질 수 있다.
또한, 굴절 전기 차량의 경우에는, 충전을 하기 위하여 충전소에 후진 주차할 때, 더욱 정밀한 주차 능력이 필요하므로 불필요한 주차 시간을 낭비할 뿐만 아니라 사고 위험이 증가할 수 있다.
따라서, 향후, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있는 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어함으로써, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있는 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 차량용 굴절 제어 장치는, 굴절 차량(articulated vehicle)의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하는 굴절각 산출부, 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 오차 산출부, 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하는 모멘트 생성부, 그리고 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어하는 굴절 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법은, 굴절 차량의 굴절을 제어하는 프로세서를 포함하는 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법으로서, 프로세서가 굴절 차량의 조향각과 차속의 입력을 확인하는 단계, 프로세서가 굴절 차량의 조향각과 차속이 입력되면 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하는 단계, 프로세서가 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 단계, 프로세서가 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하는 단계, 그리고 프로세서가 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는, 상기 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법에서 제공된 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 차량은, 굴절 차량의 조향각과 차속을 센싱하는 센싱 장치, 그리고 센싱된 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어하는 굴절 제어 장치를 포함하고, 굴절 제어 장치는, 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도를 산출하고, 굴절 차량의 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하며, 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하고, 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법은, 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어함으로써, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명은, 후진하면서 차선 변경 시, 원하는 굴절각을 유지하도록 굴절 제어를 수행하여 안정적으로 차선 변경이 가능하도록 함으로써, 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 스티어링 방향과 후진 방향이 일치하여 운전자 조작 실수 방지가 가능하여 운전자 보조 기능 및 안전 기능 강화로 상품성이 증대될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치가 장착된 굴절 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치의 굴절 제어 모멘트 생성 과정을 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 4 및 도 5는 굴절 제어 장치의 굴절 각도 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 굴절 제어 장치의 굴절 제어부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 7은 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어에 따른 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 굴절 제어 유무에 따라 후진하는 굴절 차량의 궤적을 비교 설명하기 위한 그래프이다.
도 10a 내지 도 10d는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 시뮬레이션 결과를 비교 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 굴절 차량용 굴절 제어 장치 및 그의 굴절 제어 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치가 장착된 굴절 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 차량(articulated vehicle)(10)은, 트랙터(tractor)인 전방 차량 몸체(11), 트레일러(trailer)인 후방 차량 몸체(13), 그리고 전방 차량 몸체(11)와 후방 차량 몸체(13)를 연결하여 굴절되는 굴절부(15)를 포함할 수 있는데, 이에 제한되지는 않는다.
즉, 본 발명의 굴절 차량(10)은, 굴절 버스, 트랙터-트레일러(tractor-trailer) 차량 및 기차 등과 같이 두 대 이상의 차량을 연결하는 다양한 차종에 적용 가능하다.
본 발명의 굴절 차량(10)은, 굴절 차량(10)의 조향각과 차속을 센싱하는 센싱 장치(100)와, 센싱된 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량(10)의 굴절을 제어하는 굴절 제어 장치(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 굴절 제어 장치(200)는, 굴절 차량(10)의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하고, 굴절 차량(10)의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도(desired hitch angle) 사이의 오차를 산출하며, 오차를 토대로 굴절 차량(10)의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하고, 모멘트를 토대로 굴절 차량(10)의 굴절을 제어할 수 있다.
즉, 굴절 제어 장치(200)는, 후진 주행하는 굴절 차량(10)의 안정적인 굴절 제어를 위해 굴절 차량(10)의 좌우 휠 모터들을 각각 독립적으로 제어할 수 있는 안전 보조 제어 장치일 수 있다.
굴절 제어 장치(200)는, 원하는 굴절 각도를 산출할 때, 굴절 차량(10)의 안정 상태(steady state)를 고려하여 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
그리고, 굴절 제어 장치(200)는, 원하는 굴절 각도를 산출할 때, 굴절 차량(10)이 후진 주행하면 후진 주행에 상응하는 굴절 차량(10)의 조향각 및 차속을 센싱 장치(100)로부터 입력받고, 입력된 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
또한, 굴절 제어 장치(200)는, 원하는 굴절 각도를 산출할 때, 굴절 차량(10)이 전방 차량 몸체(11)와 전방 차량 몸체(11)에 연결된 적어도 하나의 후방 차량 몸체(13)를 포함할 경우, 전방 차량 몸체(11)의 휠 조향각을 입력받아 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
또한, 굴절 제어 장치(200)는, 오차를 산출할 때, 굴절 차량(10)의 후진 주행에 상응하는 굴절 차량(10)의 실제 굴절 각도가 센싱 장치(100)로부터 입력되면 입력되는 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출할 수 있다.
또한, 굴절 제어 장치(200)는, 모멘트를 생성할 때, 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 토대로 비례-적분 제어(Proportional-Integral Control)를 수행하여 굴절 차량(10)의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성할 수 있다.
또한, 굴절 제어 장치(200)는, 굴절 차량(10)의 굴절을 제어할 때, 생성된 모멘트를 굴절 차량(10)의 후방 차량 몸체(13)의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 굴절 차량(10)의 후방 차량 몸체(13)의 휠 모터 토크를 제어함으로써, 후진 주행하는 굴절 차량(10)의 굴절을 안정적으로 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어함으로써, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명은, 후진하면서 차선 변경 시, 원하는 굴절각을 유지하도록 굴절 제어를 수행하여 안정적으로 차선 변경이 가능하도록 함으로써, 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 스티어링 방향과 후진 방향이 일치하여 운전자 조작 실수 방지가 가능하여 운전자 보조 기능 및 안전 기능 강화로 상품성이 증대될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 제어 장치(200)는, 휠 모터의 토크 벡터링을 이용하여 후진 주행하는 굴절 차량의 잭나이프(jackknife) 현상을 방지하는 장치로서, 굴절각 산출부(210), 오차 산출부(220), 모멘트 생성부(230), 그리고 굴절 제어부(240)를 포함할 수 있다.
여기서, 굴절각 산출부(210)는, 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출할 수 있다.
굴절각 산출부(210)는, 굴절 차량이 후진 주행할 경우, 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 조향각 및 차속이 입력되면 입력되는 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
일 예로, 굴절각 산출부(210)는, 트랙터-트레일러(Tractor-trailer) 차량 동역학 모델을 토대로 안정 상태(steady state)를 고려하여 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
즉, 굴절각 산출부(210)는,
Figure pat00001
으로 표현되는 수식에 의해 원하는 굴절각을 산출할 수 있다.
여기서,
Figure pat00002
은 원하는 굴절각,
Figure pat00003
은 운전자의 스티어링 명령에 의한 조향각, Vx는 차속, M1은 굴절 차량의 트랙터(tractor) 무게, M2은 굴절 차량의 트레일러(trailer) 무게, a1은 트랙터 무게중심으로부터 앞축(front axle)까지의 거리, b1은 트랙터 무게중심으로부터 뒷축(rear axle)까지의 거리, c1은 트랙터 무게중심으로부터 굴절 포인트(hitch point)까지의 거리, a2는 트레일러 무게중심으로부터 굴절 포인트까지의 거리, b2은 트레일러 무게중심으로부터 트레일러축(trailer axle)까지의 거리, Caf는 트랙터 앞쪽 타이어의 코너링 스티프니스(cornering stiffness), Car는 트랙터 뒷쪽 타이어의 코너링 스티프니스, Cat는 트레일러 타이어의 코너링 스티프니스, l1은 a1 + b1, l2은 a2 + b2일 수 있다.
또한, 굴절각 산출부(210)는, 굴절 차량이 전방 차량 몸체와 전방 차량 몸체에 연결된 적어도 하나의 후방 차량 몸체를 포함할 경우, 전방 차량 몸체의 휠 조향각을 입력받아 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
다음, 오차 산출부(220)는, 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출할 수 있다.
여기서, 오차 산출부(220)는, 굴절 차량이 후진 주행할 경우, 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 실제 굴절 각도가 입력되면 입력되는 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출할 수 있다.
일 예로, 오차 산출부(220)는, 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 연산하여 모멘트 생성부(230)로 출력하는 감산기를 포함할 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이어, 모멘트 생성부(230)는, 오차 산출부(220)에서 산출된 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성할 수 있다.
일 예로, 모멘트 생성부(230)는, 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차가 입력되면 오차를 토대로 비례-적분 제어를 수행하여 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하는 PI 제어기(Proportional-Integral Controller)를 포함할 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 굴절 제어부(240)는, 생성된 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어할 수 있다.
여기서, 굴절 제어부(240)는, 모멘트가 입력되면 입력된 모멘트를 굴절 차량에서 후방 차량의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 굴절 차량의 휠 모터 토크를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치의 굴절 제어 모멘트 생성 과정을 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 굴절 제어 장치의 굴절각 산출부(210)는, 운전자(1)의 명령에 의해 굴절 차량(10)이 후진 주행할 경우, 굴절 차량(10)으로부터 센싱된 차속 v을 입력받고, 운전자(1)의 스티어링 명령에 의한 조향각 δ을 입력받을 수 있다.
이어, 굴절각 산출부(210)는, 입력된 조향각 δ과 차속 v을 토대로 원하는 굴절 각도 θf를 산출할 수 있다.
일 예로, 굴절각 산출부(210)는, 트랙터-트레일러(Tractor-trailer) 차량 동역학 모델을 토대로 안정 상태(steady state)를 고려하여 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
다음, 오차 산출부(220)는, 굴절 차량(10)으로부터 센싱된 실제 굴절 각도 θ를 입력 받고, 굴절각 산출부(210)로부터 원하는 굴절 각도 θf를 입력받을 수 있다.
여기서, 오차 산출부(220)는, 실제 굴절 각도 θ와 원하는 굴절 각도 θf 사이의 오차 θe를 산출할 수 있다.
일 예로, 오차 산출부(220)는, 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차 θe를 연산하여 모멘트 생성부(230)로 출력하는 감산기를 포함할 수 있다.
이어, 모멘트 생성부(230)는, 오차 θe가 입력되면 오차 θe를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트 Mz을 생성할 수 있다.
일 예로, 모멘트 생성부(230)는, 오차 θe를 토대로 비례-적분 제어를 수행하여 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하는 PI 제어기(Proportional-Integral Controller)를 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5는 굴절 제어 장치의 굴절 각도 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 제어 장치는, 트랙터-트레일러(Tractor-trailer) 차량 동역학 모델을 토대로 안정 상태(steady state)를 고려하여 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
여기서, 원하는 굴절 각도(desired hitch angle) θref는, 다음 수식으로 산출될 수 있다.
Figure pat00004
이때,
Figure pat00005
은 원하는 굴절각,
Figure pat00006
은 운전자의 스티어링 명령에 의한 조향각, Vx는 차속, M1은 굴절 차량의 트랙터(tractor) 무게, M2은 굴절 차량의 트레일러(trailer) 무게, a1은 트랙터 무게중심으로부터 앞축(front axle)까지의 거리, b1은 트랙터 무게중심으로부터 뒷축(rear axle)까지의 거리, c1은 트랙터 무게중심으로부터 굴절 포인트(hitch point)까지의 거리, a2는 트레일러 무게중심으로부터 굴절 포인트까지의 거리, b2은 트레일러 무게중심으로부터 트레일러축(trailer axle)까지의 거리, Caf는 트랙터 앞쪽 타이어의 코너링 스티프니스(cornering stiffness), Car는 트랙터 뒷쪽 타이어의 코너링 스티프니스, Cat는 트레일러 타이어의 코너링 스티프니스, l1은 a1 + b1, l2은 a2 + b2일 수 있다.
도 6은 굴절 제어 장치의 굴절 제어부를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 굴절 제어부는, 모멘트 Mz가 입력되면 입력된 모멘트 Mz를 굴절 차량의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 굴절 차량의 휠 모터 토크를 제어할 수 있다.
즉, 굴절각을 추종하기 위해 요구되는 모멘트는, 굴절 차량의 트레일러 좌우바퀴에 서로 반대방향의 힘으로 나누어 분배될 수 있다.
일 예로, 굴절 제어부는, 제1, 제2 증폭부(2410, 2420), 가산부(2430), 감산부(2440), 제1 휠 모터 토크 제어부(2450), 그리고 제2 휠 모터 토크 제어부(2460)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 증폭부(2410)는, 입력되는 요구 토크에 상응하는 신호를 증폭하고, 제2 증폭부(2420)는, 모멘트 Mz에 상응하는 신호를 증폭할 수 있다.
그리고, 가산부(2430)는, 제1, 제2 증폭부(2410, 2420)의 출력값들을 가산하고, 감산부(2440)는, 제1, 제2 증폭부(2410, 2420)의 출력값들을 감산할 수 있다.
이어, 제1 휠 모터 토크 제어부(2450)는, 가산부(2430)의 출력값과 좌측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제1 토크 제어값을 산출하여 좌측 휠 모터의 토크를 제어하고, 제2 휠 모터 토크 제어부(2460)는, 감산부의 출력값과 우측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제2 토크 제어값을 산출하여 우측 휠 모터의 토크를 제어할 수 있다.
일 예로, 제1 증폭부(2410)는, 가속 페달 센서와 차속을 토대로 산출된 요구 토크(demand torque)가 입력되면 입력되는 요구 토크를 증폭할 수 있다.
또한, 제1 휠 모터 토크 제어부(2450)는, 가산부(2430)의 출력값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제1 연산부(2452)와, 제1 연산부(2452)의 토크값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제2 연산부(2454)를 포함할 수 있다.
그리고, 제2 휠 모터 토크 제어부(2460)는, 감산부(2440)의 출력값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제3 연산부(2462)와, 제3 연산부(2462)의 토크값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제4 연산부(2464)를 포함할 수 있다.
도 7은 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 제어 장치가 장착된 굴절 차량(10)은, 후진 선회 시에, 전방 차량 몸체(11)인 트랙터의 스티어링 각도에 따라 굴절각을 유지하도록 후방 차량 몸체(13)인 트레일러의 좌우 휠 모터에 대한 토크를 제어함으로써, 안정적으로 굴절 제어를 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은, 굴절 차량(10)의 진행 방향과 스티어링 방향이 일치되도록 모멘트를 발생시켜 운전자가 후진 방향을 혼동하지 않도록 할 수 있다.
이처럼, 본 발명은, 휠 모터의 모멘트 제어를 이용하여 굴절 차량의 후진 주행을 어시스트할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도가 지속적으로 유지되도록 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 피드백 제어로 추종하도록 하여 운전자의 실수를 줄여줄 수 있다.
경우에 따라, 본 발명은, 굴절 차량의 후진 시, 큰 굴절각을 요구하지 않는 경우 (일 예로, 스티어링 핸들 약 45도 이내 조작 시)에도 차량의 진행 방향과 핸들의 조작 방향을 동일하게 할 수 있으므로, 정밀 주차 시에도 적용할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어에 따른 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 8a는 후진하는 굴절 차량의 휠 스터어링 각도를 보여주는 그래프이고, 도 8b는 후진하는 굴절 차량의 굴절 각도를 보여주는 그래프이며, 도 8c는 후진하는 굴절 차량의 휠 토크를 보여주는 그래프이다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 후진하는 굴절 차량의 조향각이 약 2도이고 속도가 약 -8kph일 때, 본 발명은, 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 안정적으로 제어함으로써, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지할 수 있다.
도 9는 굴절 제어 유무에 따라 후진하는 굴절 차량의 궤적을 비교 설명하기 위한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 굴절 차량이 후진 주행하면서 차선을 변경할 경우, 굴절 제어를 수행하지 않으면 굴절 차량의 굴절각(hitch angle)이 급격히 커지게 되어 잭나이프 현상이 발생할 수 있다.
이에 반해, 본 발명과 같이 굴절각이 유지되도록 굴절 제어를 수행하면 굴절 차량이 후진 주행하면서 안정적으로 차선을 변경할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 스티어링 방향과 후진 방향이 일치하여 운전자 조작 실수 방지가 가능하고, 운전자 보조 기능 및 안전 기능 강화로 상품성이 증대될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 시뮬레이션 결과를 비교 설명하기 위한 그래프이다.
도 10a는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 종속도(Vx) 변화를 보여주는 그래프이고, 도 10b는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 횡속도(Vy) 변화를 보여주는 그래프이며, 도 10c는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 요레이트(w1) 변화를 보여주는 그래프이고, 도 10d는 후진하는 굴절 차량의 굴절 제어 유무에 따른 굴절각(θ) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 제어를 수행하지 않는 굴절 차량은, 후진 주행 시에 굴절각이 발산(divergence)하여 잭나이프 현상이 발생할 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 굴절 제어를 수행하는 굴절 차량은, 조향각의 변화에 따라 요레이트 및 굴절각이 함께 변화하므로 후진 주행 시에 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 굴절 제어 장치는, 굴절 차량의 굴절을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
여기서, 프로세서는, 도 2의 구성 요소를 포함할 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
먼저, 프로세서는, 굴절 차량의 조향각과 차속의 입력을 확인할 수 있다(S10).
여기서, 프로세서는, 굴절 차량이 후진 주행하면 후진 주행하는 굴절 차량으로부터 조향각과 차속을 획득할 수 있다.
이어, 프로세서는, 굴절 차량의 조향각과 차속이 입력되면 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출할 수 있다(S20).
여기서, 프로세서는, 트랙터-트레일러(Tractor-trailer) 차량 동역학 모델을 토대로 안정 상태(steady state)를 고려하여 원하는 굴절 각도를 산출할 수 있다.
다음, 프로세서는, 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출할 수 있다(S30).
여기서, 프로세서는, 후진 주행하는 굴절 차량의 실제 굴절 각도가 입력되면 실제 굴절 각도와 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출할 수 있다.
그리고, 프로세서는, 오차를 토대로 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성할 수 있다(S40).
여기서, 프로세서는, 오차를 토대로 비례-적분 제어를 수행하여 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성할 수 있다.
이어, 프로세서는, 모멘트를 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어할 수 있다(S50).
여기서, 프로세서는, 모멘트가 입력되면 입력된 모멘트를 굴절 차량의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 굴절 차량의 휠 모터 토크를 제어할 수 있다.
일 예로, 프로세서는, 굴절 차량의 굴절을 제어할 때, 모멘트에 상응하는 제1 신호와 입력되는 요구 토크에 상응하는 제2 신호를 각각 증폭하여 출력하고, 증폭된 제1, 제2 신호의 출력값들을 가산 및 감산하며, 가산된 출력값과 좌측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제1 토크 제어값을 산출하여 좌측 휠 모터의 토크를 제어하고, 감산된 출력값과 우측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제2 토크 제어값을 산출하여 우측 휠 모터의 토크를 제어할 수 있다.
이때, 프로세서는, 좌측 휠 모터의 토크를 제어할 때, 가산된 출력값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하고, 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력할 수 있다.
또한, 프로세서는, 우측 휠 모터의 토크를 제어할 때, 감산된 출력값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하고, 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력할 수 있다.
다음, 프로세서는, 굴절 제어 종료인지를 확인하고(S60), 굴절 제어 종료이면 굴절 제어 과정을 종료할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 조향각과 차속을 토대로 굴절 차량의 굴절을 제어함으로써, 후진 회전하는 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지하여 운전자 편의성 및 안전성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명은, 후진하면서 차선 변경 시, 원하는 굴절각을 유지하도록 굴절 제어를 수행하여 안정적으로 차선 변경이 가능하도록 함으로써, 굴절 차량의 잭나이프 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 스티어링 방향과 후진 방향이 일치하여 운전자 조작 실수 방지가 가능하여 운전자 보조 기능 및 안전 기능 강화로 상품성이 증대될 수 있다.
한편, 본 발명은, 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서, 본 발명의 실시예에 따른 굴절 차량용 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법에서 제공된 과정을 수행할 수 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 굴절 차량
100: 센싱 장치
200: 굴절 제어 장치
210: 굴절각 산출부
220: 오차 산출부
230: 모멘트 생성부
240: 굴절 제어부

Claims (20)

  1. 굴절 차량(articulated vehicle)의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하는 굴절각 산출부;
    상기 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 오차 산출부;
    상기 오차를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하는 모멘트 생성부; 그리고,
    상기 모멘트를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 굴절 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 굴절각 산출부는,
    상기 굴절 차량의 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 조향각 및 차속이 입력되면 상기 입력되는 조향각과 차속을 토대로 상기 원하는 굴절 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 굴절각 산출부는,
    상기 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출할 때, 운전자의 스티어링 명령에 의한 조향각, 차속, 굴절 차량의 트랙터(tractor) 무게, 굴절 차량의 트레일러(trailer) 무게, 트랙터 무게중심으로부터 앞축(front axle)까지의 거리, 트랙터 무게중심으로부터 뒷축(rear axle)까지의 거리, 트랙터 무게중심으로부터 굴절 포인트(hitch point)까지의 거리, 트레일러 무게중심으로부터 굴절 포인트까지의 거리, 트레일러 무게중심으로부터 트레일러 축(trailer axle)까지의 거리, 트랙터 앞쪽 타이어의 코너링 스티프니스(cornering stiffness), 트랙터 뒷쪽 타이어의 코너링 스티프니스, 트레일러 타이어의 코너링 스티프니스를 포함하는 산출 요소를 토대로 상기 원하는 굴절각을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 오차 산출부는,
    상기 굴절 차량의 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 실제 굴절 각도가 입력되면 상기 입력되는 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 오차 산출부는,
    상기 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 연산하여 상기 모멘트 생성부로 출력하는 감산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 모멘트 생성부는,
    상기 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차가 입력되면 상기 오차를 토대로 비례-적분 제어를 수행하여 상기 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하는 PI 제어기(Proportional-Integral Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 굴절 제어부는,
    상기 모멘트가 입력되면 상기 입력된 모멘트를 상기 굴절 차량 중 후방 차량의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 상기 후방 차량의 휠 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 굴절 제어부는,
    입력되는 요구 토크에 상응하는 신호를 증폭하는 제1 증폭부;
    상기 모멘트에 상응하는 신호를 증폭하는 제2 증폭부;
    상기 제1, 제2 증폭부의 출력값들을 가산하는 가산부;
    상기 제1, 제2 증폭부의 출력값들을 감산하는 감산부;
    상기 가산부의 출력값과 좌측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제1 토크 제어값을 산출하여 상기 좌측 휠 모터의 토크를 제어하는 제1 휠 모터 토크 제어부; 그리고,
    상기 감산부의 출력값과 우측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제2 토크 제어값을 산출하여 상기 우측 휠 모터의 토크를 제어하는 제2 휠 모터 토크 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제1 휠 모터 토크 제어부는,
    상기 가산부의 출력값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제1 연산부; 그리고,
    상기 제1 연산부의 토크값과 상기 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 상기 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제2 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 제2 휠 모터 토크 제어부는,
    상기 감산부의 출력값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제3 연산부; 그리고,
    상기 제3 연산부의 토크값과 상기 우측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 상기 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 제4 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 장치.
  11. 굴절 차량의 굴절을 제어하는 프로세서를 포함하는 굴절 제어 장치의 굴절 제어 방법에 있어서,
    상기 프로세서가, 상기 굴절 차량의 조향각과 차속의 입력을 확인하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 굴절 차량의 조향각과 차속이 입력되면 상기 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도(desired hitch angle)를 산출하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 굴절 차량의 실제 굴절 각도(actual hitch angle)와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 단계;
    상기 프로세서가, 상기 오차를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트(moment)를 생성하는 단계; 그리고,
    상기 프로세서가, 상기 모멘트를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 원하는 굴절 각도를 산출하는 단계는,
    상기 굴절 차량의 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 조향각 및 차속이 입력되면 상기 입력되는 조향각과 차속을 토대로 상기 원하는 굴절 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 원하는 굴절 각도를 산출하는 단계는,
    운전자의 스티어링 명령에 의한 조향각, 차속, 굴절 차량의 트랙터(tractor) 무게, 굴절 차량의 트레일러(trailer) 무게, 트랙터 무게중심으로부터 앞축(front axle)까지의 거리, 트랙터 무게중심으로부터 뒷축(rear axle)까지의 거리, 트랙터 무게중심으로부터 굴절 포인트(hitch point)까지의 거리, 트레일러 무게중심으로부터 굴절 포인트까지의 거리, 트레일러 무게중심으로부터 트레일러 축(trailer axle)까지의 거리, 트랙터 앞쪽 타이어의 코너링 스티프니스(cornering stiffness), 트랙터 뒷쪽 타이어의 코너링 스티프니스, 트레일러 타이어의 코너링 스티프니스를 포함하는 산출 요소를 토대로 상기 원하는 굴절각을 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  14. 제11 항에 있어서, 상기 오차를 산출하는 단계는,
    상기 굴절 차량의 후진 주행에 상응하는 굴절 차량의 실제 굴절 각도가 입력되면 상기 입력되는 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  15. 제11 항에 있어서, 상기 모멘트를 생성하는 단계는,
    상기 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차가 입력되면 상기 오차를 토대로 비례-적분 제어를 수행하여 상기 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  16. 제11 항에 있어서, 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 단계는,
    상기 모멘트가 입력되면 상기 입력된 모멘트를 상기 굴절 차량 중 후방 차량의 좌측 휠 모터와 우측 휠 모터에 각각 분배하여 상기 후방 차량의 휠 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  17. 제11 항에 있어서, 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 단계는,
    상기 모멘트에 상응하는 제1 신호와 입력되는 요구 토크에 상응하는 제2 신호를 각각 증폭하여 출력하는 단계;
    상기 증폭된 제1, 제2 신호의 출력값들을 가산 및 감산하는 단계;
    상기 가산된 출력값과 좌측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제1 토크 제어값을 산출하여 상기 좌측 휠 모터의 토크를 제어하는 단계; 그리고,
    상기 감산된 출력값과 우측 휠 모터의 토크 제한값을 토대로 제2 토크 제어값을 산출하여 상기 우측 휠 모터의 토크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 좌측 휠 모터의 토크를 제어하는 단계는,
    상기 가산된 출력값과 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 단계; 그리고,
    상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값과 상기 좌측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 상기 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  19. 제17 항에 있어서, 상기 우측 휠 모터의 토크를 제어하는 단계는,
    상기 감산된 출력값과 우측 휠 모터에 상응하는 최대 구동허용토크(+)가 입력되면 상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 단계; 그리고,
    상기 최대 구동허용토크(+)보다 작은 토크값과 상기 우측 휠 모터에 상응하는 최대 발전허용토크(-)가 입력되면 상기 최대 발전허용토크(-)보다 작은 토크값을 연산하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절 제어 방법.
  20. 굴절 차량의 조향각과 차속을 센싱하는 센싱 장치; 그리고,
    상기 센싱된 조향각과 차속을 토대로 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 굴절 제어 장치를 포함하고,
    상기 굴절 제어 장치는,
    상기 굴절 차량의 조향각과 차속을 토대로 원하는 굴절 각도를 산출하고, 상기 굴절 차량의 실제 굴절 각도와 상기 원하는 굴절 각도 사이의 오차를 산출하며, 상기 오차를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절 제어를 위한 모멘트를 생성하고, 상기 모멘트를 토대로 상기 굴절 차량의 굴절을 제어하는 것을 특징으로 하는 굴절 차량.
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