KR20220113871A - 자기 안정화 스케이트보드 - Google Patents

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KR20220113871A
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vehicle
board
handle
motor
hub motor
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KR1020217029010A
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카일 조나단 되르크센
뷰 로버트슨
다니엘 제이. 우드
쥴리안 드 라 루아
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퓨쳐 모션, 아이엔씨.
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Abstract

자기 안정화 일륜 전기 스케이트보드는 개선된 특징들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서 차량은 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 상태 표시기를 포함한다. 일부 예들에서, 차량은 수납 위치와 전개 위치 사이에서 전환 가능한 컨버터블 운반 핸들을 포함한다. 일부 예들에서, 차량은 보드의 상부 표면에 제거 가능하게 결합될 수 있는 상호 교체 가능한 펜더 및 펜더 대체물을 포함한다. 일부 예들에서, 차량의 모터 제어기는 회전하는 회전자 자속 각도와 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도에서 정의된 직교 전류를 조작함으로써 전기 모터를 제어하도록 구성된 FOC(Field-Oriented Control) 방식을 작동시킬 수 있다. 일부 예들에서, 모터 제어기는 차량을 뒤로 틸팅 및/또는 이동시킴으로써 차량의 직관적 하차를 허용하도록 구성될 수 있다.

Description

자기 안정화 스케이트보드
본 개시는 자기 안정화 전기 차량(self-stabilizing electric vehicle)들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개시된 실시예들은 개선된 표시기들 및 제어 시스템들을 갖는 자기 안정화 틸팅가능한 스케이트보드(self-stabilizing tiltable skateboard)들에 관한 것이다.
도 1은 본 개시의 양상들에 따른 예시적인 일륜(one-wheeled) 스케이트보드의 등각도이다.
도 2는 예시적인 펜더가 설치된 도 1의 스케이트보드의 등각도이다.
도 3은 상이한 시점에서 취해진 도 1의 스케이트보드의 다른 등각도이다.
도 4는 도 1의 스케이트보드의 제1 단부 입면도이다.
도 5는 도 1의 스케이트보드의 제2 단부 입면도이다.
도 6은 도 1의 스케이트보드의 제1 측부 입면도이다.
도 7은 도 1의 스케이트보드의 제2 측부 입면도이다.
도 8은 수납 형태의 차량 핸들을 보여주는 도 1의 스케이트보드의 평면도이다.
도 9는 전개 또는 운반 형태의 핸들을 보여주는 도 1의 스케이트보드의 평면도이다.
도 10은 도 1의 스케이트보드의 저면도이다.
도 11은 도 1의 스케이트보드의 제1 데크 부분의 부분 분해 등각도이다.
도 12는 도 1의 스케이트보드의 제2 데크 부분의 부분 분해 등각도이다.
도 13은 밑에 있는 구성요소를 보여주기 위해 선택된 특징들이 제거된, 도 1의 스케이트보드의 제1 데크 부분의 등각도이다.
도 14는 도 11의 14-14선을 따라 취한 도 1의 스케이트보드 제어기의 등각 단면도이다.
도 15는 개방된 내부 단부를 나타내기 위해 선택된 구성요소가 제거된 도 1의 스케이트보드의 제1 데크 부분의 부분 등각도이다.
도 16은 도 1의 스케이트보드와 함께 사용하기에 적합한 예시적인 펜더의 등각도이다.
도 17은 도 16의 펜더의 단부 입면도이다.
도 18은 도 16의 펜더의 평면도이다.
도 19는 도 16의 펜더의 측부 입면도이다.
도 20은 도 1의 스케이트보드의 선택된 구성요소를 도시하는 제1 등각 분해도이다.
도 21은 도 1의 스케이트보드의 선택된 구성요소를 도시하는 제2 등각 분해도이다.
도 22는 여기에 기술된 차량과 함께 사용하기에 적합한 제어 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 23은 본 개시의 양상들에 따른 예시적인 FOC(Field Oriented Control) 시스템의 개략도이다.
도 24는 도 23의 FOC 시스템에 의해 사용되는 예시적인 3축 기준 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 25는 도 24의 기준 시스템과 관련된 3개의 예시적인 전류의 시간에 따른 변화를 도시하는 개략도이다.
도 26은 도 23의 FOC 시스템에 의해 사용되는 예시적인 2축 기준 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 27은 도 26의 기준 시스템과 관련된 2개의 예시적인 전류의 시간에 따른 변화를 도시하는 개략도이다.
도 28은 도 23의 FOC 시스템에 의해 사용되는 예시적인 회전 2축 기준 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 29는 도 28의 기준 시스템과 관련된 2개의 예시적인 전류의 시간에 따른 변화를 도시하는 개략도이다.
도 30은 본 교시에 따른 FOC 시스템을 사용하는 전기 차량에서 과전압 상태를 제한하기 위한 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 31은 본 교시에 따른 FOC 시스템을 사용하는 전기 차량에서 과전압 상태를 제한하기 위한 다른 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 32는 작동의 탑승자 하차 단계 동안 일륜 차량을 제어하기 위한 제1 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 33은 작동의 탑승자 하차 단계 동안 일륜 차량을 제어하기 위한 제2 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 34는 작동의 탑승자 하차 단계 동안 외륜 차량을 제어하기 위한 제3 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 35는 작동의 탑승자 하차 단계 동안 외륜 차량을 제어하기 위한 제4 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 36은 작동의 탑승자 하차 단계 동안 일륜 차량을 제어하기 위한 제5 예시적인 방법의 단계를 도시하는 흐름도이다.
상호 참조
이 출원은 2019년 2월 11일에 출원된 미국 가출원 일련번호 62/804,021의 우선권을 35 U.S.C. § 119(e)의 근거하에 주장하며, 이 모든 내용은 모든 목적들을 위해 참고로 여기에 포함된다.
다음 관련된 출원들 및 자료들(미국 특허 제9,101,817호 및 제9,452,345호)은 모든 목적들을 위해 그들의 전체가 여기에 통합된다.
요약
본 개시는 개선된 제어 시스템들 및 표시기들을 갖는 자기 안정화 스케이트보드에 관한 시스템들, 장치(apparatus) 및 방법을 제공한다. 일부 실시예들에서, 자기 균형(self-balancing) 전기 차량은 공통의 회전 축을 갖는 하나 이상의 휠; 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 보드로서, 상기 하나 이상의 휠의 축을 중심으로 틸팅가능한 보드; 전원 공급부에 커플링되고 상기 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터; 상기 보드의 배향을 나타내는 배향 정보를 수신하고 상기 배향 정보에 기초하여 상기 허브 모터가 상기 보드를 추진시키게 하도록 구성되는 모터 제어기; 및 상기 보드의 상부 표면 상의 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기들을 포함하는 상태 표시기를 포함한다.
특징들, 기능들 및 이점들은 본 개시의 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또 다른 실시예들에서 결합될 수 있으며, 이에 대한 추가 세부사항은 다음의 설명 및 도면들을 참조하여 알 수 있다.
개선된 탑승자(rider) 경험 및 제어 시스템들을 갖는 자기 안정화 스케이트보드의 다양한 양상(aspect)들 및 예들, 뿐만 아니라 관련된 방법들이 아래에 설명되고 연관된 도면들에 도시(illustrate)되어 있다. 달리 명시되지 않는 한, 본 교시(present teaching)들에 따른 자기 안정화 스케이트보드 및/또는 이의 다양한 구성요소들은 본 명세서에 설명, 도시 및/또는 통합된 구조들, 구성요소들, 기능들 및/또는 변형(variation)들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 특별히 배제(exclude)되지 않는 한, 본 교시들과 관련(in connection with)하여 본 명세서에 설명, 도시 및/또는 통합된 공정 단계(process step)들, 구조들, 구성요소들, 기능들 및/또는 변형들은 개시된 실시예들 사이에서 상호교환가능(interchangeable)한 것을 포함하여 다른 유사한 디바이스들 및 방법들에 포함될 수 있다. 다양한 예들의 후술할 설명은 본질적으로 단지 예시적(illustrative)이며 본 개시, 그의 적용(application) 또는 사용(use)을 제한하려는 의도가 결코 아니다. 또한, 후술된 예들 및 실시예들에 의해 제공되는 이점들은 본질적으로 예시적인 것이며, 모든 예들 및 실시예들이 동일한 이점들 또는 동일한 정도의 이점들을 제공하는 것은 아니다.
이 상세한 설명은 바로 아래에 이어지는 다음 섹션들을 포함한다. (1) 정의들; (2) 개요; (3) 예들, 구성 요소들 및 대안들; (4) 이점들, 기능들 및 이득들; (5) 결론. 예들, 구성 요소들 및 대안들 섹션은 하위 섹션 A부터 E까지 더 세분화되며, 각 하위 섹션에는 그에 따라 레이블된다.
정의들
달리 명시되지 않는 한 다음 정의가 여기에 적용된다.
"실질적으로(substantially)"는 특정 치수(dimension), 범위(range), 모양(shape), 개념(concept) 또는 해당 용어(term)에 의해 수정(modify)된 기타 양상에 대략(more-or-less) 일치(conform)하는 것을 의미하므로 특징 또는 구성 요소가 정확히 일치할 필요는 없다. 예를 들어, "실질적으로 실린더형(cylindrical)인" 객체(object)는 객체가 실린더와 유사하지만 실제 실린더에서 하나 이상의 편차가 있을 수 있음을 의미한다.
"포함하는(comprising)", "포함하는(including)" 및 "갖는(having)"(및 이들의 활용(conjugation))은 포함하지만 반드시 이에 국한되지 않는 의미로 상호 교환 가능하게 사용되며 추가의 인용되지 않은 요소(element)들 또는 방법 단계들를 배제하도록 의도되지 않은 개방형(open-ended) 용어이다.
"제1(first)", "제2(second)", "제3(third)"와 같은 용어는 그룹(group)의 다양한 부재(member)들 등을 구별(distinguish)하거나 식별(identify)하는 데 사용되며, 일련 번호나 숫자 제한을 나타내려는 의도가 아니다.
“일명(AKA)"은 "~로도 알려진(also known as)"을 의미하며, 주어진 요소 또는 요소들에 대한 대안 또는 해당(corresponding) 용어를 나타내는 데 사용될 수 있다.
"내측(inboard)", "외측(outboard)", "전방"(forward), "후방"(rearward) 등의 용어는 여기에 설명된 시스템이 통합, 장착(mounted) 또는 부착(attach)될 수 있는 호스트(host) 차량의 맥락(context)에서 이해되도록 의도된다. 예를 들어, "외측"은 차량의 중심선(centerline)으로부터 측면으로 더 먼 상대적인 위치 또는 차량 중심선으로부터 멀어지는 방향을 나타낼 수 있다. 반대로, "내측"은 중심선을 향한 방향 또는 중심선에 더 가까운 상대적인 위치를 나타낼 수 있다. 마찬가지로 "전방"는 차량의 앞 부분을 향한 것을 의미하고 "뒤에서(aft)"는 차량의 뒤를 향한 것을 의미한다. 호스트 차량이 없는 경우 차량이 있는 것처럼 동일한 방향 용어를 사용할 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 볼 때에도 장치는 해당 디바이스가 호스트 차량의 앞부분 방향을 향하도록 설치될 것이라는 사실에 기초하여 "전방" 에지를 가질 수 있다.
"커플링된(coupled)"이란 직접 또는 간접적으로 개입(intervene)하는 구성 요소들을 통해 영구적으로 또는 해제 가능하게 연결된 것을 의미한다.
"탄력있는(resilient)"은 탄성적으로 변형(deform)되고 하중을 받지 않았을 때 원래의 모양이나 위치로 돌아옴으로써 정상적인 작동(operating) 하중들(예: 압축될 때)에 응답하도록 구성된 재료 또는 구조를 설명한다.
"강성있는(rigid)"은 정상적인 작동 조건들에서 뻣뻣(stiff)하거나 변형되지 않거나 유연성이 실질적으로 없도록 구성된 재료 또는 구조를 설명한다.
"신축성있는(elastic)"은 신장(stretch)되거나 확장(expand)된 이후에 자발적으로 이전을 모양을 재개(resume)하도록 구성된 재료 또는 구조를 설명한다.
"처리 로직(processing logic)"는 하나 이상의 논리 및/또는 산술(arithmetic) 연산(operation)(예: 코딩된 명령어(instruction)들 실행)을 수행하여 데이터를 처리하도록 구성된 임의의 적절한(suitable) 디바이스(들) 또는 하드웨어를 의미한다. 예를 들어, 처리 로직은 하나 이상의 프로세서들(예: 중앙 처리 장치(CPU)들 및/또는 그래픽 처리 장치(GPU)들), 마이크로프로세서들, 처리 코어 클러스터(cluster of processing cores)들, FPGA(현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(field-programmable gate array))들, 인공 지능(AI) 가속기(accelerator)들, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor)(DSP)들 및/또는 논리 하드웨어의 기타 적절한 조합을 포함한다.
"위", "아래", "수직", "수평" 등과 같은 방향성 용어는 문제의 특정 객체의 맥락에서 이해되어야한다. 예를 들어, 객체는 정의된 X, Y 및 Z 축을 주위로 배향될 수 있다. 이러한 예에서 X-Y 평면은 수평을 정의하며 위쪽은 양의 Z 방향으로 정의되고 아래쪽은 음의 Z 방향으로 정의된다.
개요
일반적으로, 본 개시에 따른 자기 안정화 스케이트보드는 중앙 개구의 양측에 2개의 데크 부분을 갖는 보드를 포함할 수 있다. 아래에 설명된 주요 예에서, 각각의 데크 부분은 표준 스케이트보드에서와 같이 배향된 사용자의 각각의 발을 지지하도록 구성되어, 차량은 사용자가 이동 방향에 대해 약 90도를 향하게 하여 승차된다. 중앙 개구에서 단일 휠(또는 나란한(side-by-side) 휠)가 차축(axle)에 지지되고 모터(예: 허브 모터)에 의해 구동된다. 따라서 보드는 휠 축(즉, 차축에서)을 주위로 틸팅가능하다. 온보드(onboard) 전자 제어기는 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성된다. 이 배향 정보에 대한 응답으로, 제어기는 허브 모터가 보드를 추진하고 자기 안정화 기능을 제공한다.
일부 예들에서, 스케이트보드는 보드의 차축 장착 블록(axle mounting block)과 같은 보드의 일 부분에 피벗팅 가능하게 커플링된 핸들을 포함한다. 핸들은 수납 형태(stowed configuration)와 전개 형태(deployed configuration) 사이에서 피벗팅할 수 있다. 수납 형태에서 핸들은 허브 모터에 인접(adjacent)하여 위로(또는 일부 예에서는 아래로) 뒤집(flip)힌다. 전개 형태에서 핸들은 아래로(또는 위로) 피벗팅되어 허브 모터에서 멀어지게 연장하고 사용자가 파지할 수 있는 운반 핸들(graspable carrying handle)을 제공한다.
일부 예에서, 차량은 차량에 대한 펜더(fender)의 연결 지점들을 덮지만 차량 휠을 덮도록 연장하지 않는 대체(substitute) "펜더 삭제"와 상호 교환 가능한 펜더를 가진다. 펜더는 보드의 프레임에 제거 가능하게 커플링되고 데크 부분들 사이의 개구에 걸쳐(span) 있다. 펜더는 타이어의 상부 표면을 덮는 아치형 부분과 개구 주위로 연장하는 주변(peripheral) 플랜지를 가진다. 펜더 삭제는 아치형 부분이 없는 유사한 모습(appearance)을 가진다. 다시 말해서, 개구의 주변을 둘러싸지만 타이어나 휠을 덮지 않는다.
일부 예들에서, 차량은 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기(illuminator)들을 포함하는 상태 표시기(예 : 배터리 충전 표시기)를 포함한다. 이를 통해 탑승자가 쉽게 볼 수 있다.
일부 예들에서, 차량은 회전하는 회전자(rotor) 자속(flux) 각도와 정렬(align)된 직류(direct current) 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도에서 정의된 직교 전류(quadrature current)를 조작(manipulate)함으로써 전기 모터를 제어하도록 구성된 자속기준제어(FOC : field-oriented control) 방식(scheme)을 사용하는 모터 제어기를 가지고 있다. 직류의 조작은 직교 전류의 조작과 무관하고, 모터 제어기는 전원 공급부의 버스 전압(bus voltage)을 전압 문턱(threshold)에 비교함으로써 전기 모터의 역기전력(counter electromotive force)(CEMF)이 전원 공급부의 전압을 초과(exceed)하는지 여부를 결정하도록 구성된 처리 로직을 포함하고, 이는 버스 전압이 전압 문턱보다 큰 것에 응답하여 직류를 자동으로 증가시킴으로써 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 CEMF를 감소시킨다.
여기에 설명된 제어 시스템들의 양상들은 컴퓨터 방법, 컴퓨터 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 실시될 수 있다. 따라서, 본 제어 시스템들의 양상들은 처리 로직을 포함할 수 있고 전체(entirely) 하드웨어 실시예, (펌웨어, 상주 소프트웨어(resident software), 마이크로 코드 등 포함하는) 전체 소프트웨어 실시예, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 양상들을 결합하는 실시예의 형태를 취할 수 있고, 이들 모두는 일반적으로 본 명세서에서 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭(refer)될 수 있다. 또한, 본 제어 시스템들의 양상들은 컴퓨터 판독가능(computer-readable) 매체(또는 매체들)에 구현된 컴퓨터 판독가능(computer-readable) 프로그램 코드/명령들을 갖는 컴퓨터 판독가능 매체(또는 매체들)에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.
컴퓨터 판독가능 매체의 임의의 조합이 이용될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 판독 가능 신호 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 전자(electronic), 자기(magnetic), 광학(optical), 전자기(electromagnetic), 적외선(infrared) 및/또는 반도체 시스템, 장치 또는 디바이스, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 더 구체적인 예는 하나 이상의 전선을 갖는 전기 연결, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 지울 수 있는 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스 및/또는 이들의 적절한 조합 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 이 개시의 맥락에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 명령 실행 시스템(instruction execution system), 장치 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함 또는 저장할 수 있는 임의의 적절한 비일시적(non-transitory) 유형(tangible) 매체를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독가능 신호 매체는 예를 들어 기저대역(baseband)에서 또는 반송파(carrier wave)의 일부로서 전파(propagate)된 데이터 신호의 내부에 구현된 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드와 함께 전파된 데이터 신호를 포함할 수 있다. 이러한 전파된 신호는 전자기, 광학 및/또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 형태들을 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 신호 매체는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 아니고 명령 실행 시스템, 장치 또는 디바이스에 의하여 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 통신, 전파 또는 수송(transport)할 수 있는 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체에 구현된 프로그램 코드는 무선, 유선, 광섬유 케이블, RF 등 및/또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 매체를 사용하여 송신(transmit)될 수 있다.
본 제어 시스템들의 양상들에 대한 작업들을 수행(carry out)하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 Java, C++ 및/또는 그와 같은 객체 지향 프로그래밍 언어 및 C와 같은 기존(conventional)의 절차적 프로그래밍 언어(procedural programming language)들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 하나 또는 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 모바일 앱들은 이전에 언급한 언어는 물론 Objective-C, Swift, C#, HTML5 등을 포함한 임의의 적절한 언어를 사용하여 개발될 수 있다. 프로그램 코드는 독립 실행형(stand-alone) 소프트웨어 패키지로, 사용자의 컴퓨터에서 전체적으로, 사용자의 컴퓨터에서 부분적으로, 사용자의 컴퓨터에서 부분적으로 및 원격 컴퓨터(remote computer)에서 부분적으로 또는 원격 컴퓨터나 서버에서 전체적으로 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서 원격 컴퓨터는 LAN(Local Area Network) 또는 WAN(Wide Area Network)을 포함하는 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 연결될 수 있으며/있거나 외부 컴퓨터에 연결될 수 있다(예: 인터넷 서비스 공급자를 통해 인터넷을 통해).
본 제어 시스템들의 양상들은 방법들, 장치들, 시스템들 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름도 예시들 및/또는 블록도들을 참조하여 아래에 설명된다. 순서도 및/또는 블록도의 각각의 블록 및/또는 블록들의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현(implement)될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령들은 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치를 통해 실행되는 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도 블록(들)에 지정된 기능/행위를 구현하기 위한 수단을 창조할 수 있다. 일부 예들에서, 기계 판독 가능 명령어는 FPGA(field programmable gate array)와 같은 프로그램 가능 논리 디바이스에 프로그래밍될 수 있다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령어들은 또한 특정 방식으로 기능하기 위해 컴퓨터, 다른 프로그램가능 데이터 처리 장치 및/또는 다른 디바이스를 디렉팅하는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있어서, 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도 블록(들)에 지정된 기능/행위를 구현하는 명령어들을 포함하는 제조 물품을 생성한다.
컴퓨터 프로그램 명령어들은 컴퓨터에 구현된 프로세스(computer-implemented process)를 생성하기 위해 디바이스 상에서 수행되는 일련의 작동상의(operational) 단계들을 야기하기 위한 컴퓨터, 다른 프로그램 가능한 데이터 처리 장치 및/또는 기타 장치에 로드될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능한 장치 상에서 실행되는 명령어들은 흐름도 및/또는 블록도 블록(들)에 지정된 기능/행위들을 구현하기위한 프로세스들을 제공한다.
도면들의 임의의 흐름도 및/또는 블록도는 본 제어 시스템들의 양상에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 아키텍처, 기능 및/또는 동작을 설명하기 위해 의도된 것이다. 이와 관련하여, 각각의 블록은 명시(specify)된 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다.
일부 구현들에서, 블록에 언급(note)된 기능들은 도면들에 언급된 순서와 다르게(out of order) 발생할 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록은 실제로 실질적으로 동시(concurrently)에 실행될 수 있거나 수반(involve)된 기능에 따라 블록이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 각각의 블록 및/또는 블록들의 조합은 명시된 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 목적 하드웨어 기반 시스템(또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합)에 의해 구현될 수 있다.
예들, 구성 요소들 및 대안들
다음 섹션들은 관련된 시스템들 및/또는 방법들뿐만 아니라 예시적인 자기 균형 차량의 선택(select)된 양상을 설명한다. 이들 섹션들의 예들은 예시를 위해 의도된 것이며 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 각각의 섹션은 하나 이상의 별개의 실시예들 또는 예들, 및/또는 맥락과 관련된(contextual) 또는 관련 정보, 기능 및/또는 구조를 포함할 수 있다.
A. 예시적인 전기 차량
도 1 내지 도 21을 도시된 바와 같이, 이 섹션은 예시적인 전기 차량(10)을 설명한다. 차량(10)은 개요에서 설명된 전기 차량들의 예이다. 도 1 내지 도 10은 다양한 관점들에서 차량(10)을 도시한다. 도 11 및 도 12는 차량의 데크 부분들 내의 구성요소들의 배치를 도시하는 부분 분해도이다. 도 13 내지 도 15는 추가적인 구성요소 배치를 도시하는 다양한 단면도 및/또는 절단도이다. 도 16 내지 도 19는 차량(10)과 함께 사용하기에 적합한 펜더의 다양한 도면들을 도시한다. 도 20 및 도 21은 차량의 양상들 및 관계들을 보여주는 차량의 선택된 구성요소들의 분해도들이다.
차량(10)은 그 전체가 모든 목적을 위해 여기에 포함되는 미국 특허 제9,101,817호('817 특허)에 설명된 전기 차량들과 유사한 일륜 자기 안정화 스케이트보드이다. 따라서, 차량(10)은 제1 데크 부분(16)과 그 사이에 개구(20)를 형성하는 제2 데크 부분(18)을 지지하는 프레임(14)을 갖는 보드(12)(차량의 틸팅 가능한 부분, 플랫폼, 발 데크라고도 함)를 포함한다. 보드(12)는 일반적으로 평면(plane)을 정의할 수 있다. 각각의 데크 부분들(16, 18)(일명 풋 패드)은 일반적으로 보드의 이동 방향(도 8 참조)에 수직으로 배향된 탑승자의 왼발 또는 오른발(F)을 수용하고 지지하도록 구성되고, 상기 이동 방향은 일반적으로 D로 표시된다. 제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18)은 동일한 물리적(physical) 피스(piece)로 형성될 수 있거나 별도의 피스들일 수 있다. 제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18)은 보드(12)에 포함될 수 있다.
차량(10)은 또한 휠 어셈블리(22)를 포함한다. 휠 어셈블리(22)는 제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18) 사이에 배치되고 그 위로 연장되는 회전 가능한 지면 접촉 요소(ground-contacting element)(24)(예 : 타이어, 휠, 또는 연속 트랙), 및 차량을 추진하기 위해 지면 접촉 요소(24)를 회전시키도록 구성된 모터 어셈블리(26)를 포함한다. 도 1 및 다른 곳에 도시된 바와 같이, 차량(10)은 제1 데크 부분 및 제2 데크 부분 사이에 배치된 정확히 하나의 지면 접촉 요소를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 차량(10)은 복수 개의 (예를 들어, 동축인) 지면 접촉 요소들을 포함할 수 있다.
휠 어셈블리(22)는 제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18) 사이에 배치된다. 지면 접촉 요소(24)는 모터 어셈블리(26)에 커플링된다. 모터 어셈블리(26)는 보드(12)에 장착된다. 모터 어셈블리(26)는 차축(36)(일명 샤프트)을 포함하고, 이는 하나 이상의 차축 장착부들 및 복수 개의 볼트들과 같은 하나 이상의 패스너(fastener)에 의해 보드(12)에 커플링된다. 모터 어셈블리(26)는 차량(10)을 추진하기 위해 차축(36) 주위에서 (또는 차축(36)에 대하여) 지면 접촉 요소(24)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모터 어셈블리(26)는 지면을 따라 차량(10)을 추진시키기 위해 차축(36)에 대하여 지면 접촉 요소(24)를 회전시키도록 구성된 허브 모터와 같은 전기 모터를 포함할 수 있다. 편의를 위해, 지면 접촉 요소(24)는 이하에서 타이어 또는 휠로 지칭되지만, 다른 적절한 실시예들이 제공될 수 있다.
제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18)은 휠 어셈블리(22)의 대향 측면에 위치될 수 있으며, 보드(12)는 스케이트보드와 유사한 치수를 갖습니다. 다른 실시예에서, 보드는 롱보드 스케이트보드, 스노우보드, 서핑보드와 유사할 수 있거나, 그렇지 않으면 바람직한 치수를 가질 수 있다. 일부 예에서, 보드(12)의 데크 부분들(16, 18)은 탑승자 제어를 돕기 위해 미끄럼 방지 재료 부분(38, 40)(예를 들어, 그립 테이프 또는 다른 질감처리된(textured) 재료)으로 적어도 부분적으로 덮일 수 있다.
프레임(14)은 데크 부분들을 견고하게 지지하도록 구성되고 휠 어셈블리의 차축에 결합되도록 구성된 임의의 적절한 구조를 포함할 수 있어, 탑승자의 체중이 틸팅 가능한 보드(12)에 지지될 수 있고 휠 어셈블리 차축에 받침점(fulcrum)을 가질 수 있다. 프레임(14)은 데크 부분들(16, 18)이 장착될 수 있는 하나 이상의 프레임 부재(28)를 포함할 수 있고, 충전 포트(82), 전원 스위치(80) 및 엔드 범퍼들(32,34) 뿐만 아니라 조명 어셈블리들, 배터리 및 전기 시스템들, 전자기기, 제어기들 등(예를 들어, 도 22 및 상응하는 설명 참조)과 같은 차량의 추가 요소들 및 특징들을 추가로 지지할 수 있다.
데크 부분들(16, 18)은 미끄럼 방지 표면(non-skid surface)들(38, 40)과 같은 탑승자의 발을 지지하도록 구성된 임의의 적절한 구조뿐만 아니라 다양한 센서 및 탑승자 감지 시스템(78)과 같은 차량 제어 기능들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 탑승자 감지 시스템에는 스트레인 게이지(strain gauge) 탑승자 감지 시스템이 포함된다. 다른 적절한 탑승자 감지 시스템들을 포함하는 예시적인 데크 부분들은 '817 특허뿐만 아니라 미국 특허 제9,452,345호에 설명되어 있고, 이는 그 전체가 모든 목적들을 위해 여기에 포함된다. 본 예의 데크 부분들(16, 18)뿐만 아니라 관련된 특징들은 아래에서 더 상세히 설명된다.
허브 모터(26)의 샤프트 또는 차축(36)은 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(14)에 커플링된다. 예를 들어, 차축은 프레임(14)에 직접 부착될 수 있거나, 각각의 연결부 또는 차축 장착 블록(42, 44)(차축 장착부 또는 간단히 장착 블록이라고도 함)을 통한 각각의 단부에서 프레임에 커플링 될 수 있다. 차축(36)은 예를 들어 어느 한 단부에서 장착 블록들(42, 44)에 볼팅(bolt)되거나 달리 어픽싱(affix)될 수 있으며, 이는 차례로(in turn) 적절한 패스너들(예 : 볼트들(46, 48)에 의해)을 사용하여 프레임(14)에 볼팅되거나 어픽싱될 수 있다. 관통 홀들(50, 52)은 장착 블록들 및 차축의 패스너들을 수용하기 위해 프레임(14)에 제공될 수 있고, 이에 의해 구성요소들을 함께 시큐어링(secure)할 수 있다.
차량(10)은 피치(pitch) 축(A1), 롤(roll) 축(A2) 및 요(yaw) 축(A3)을 갖는다(도 1 참조). 피치 축(A1)은 타이어(24)가 모터 어셈블리(136)에 의해 회전되는 축이다. 예를 들어, 피치 축(A1)은 차축(36)을 통과할 수 있다(예를 들어, 피치 축(A1)은 차축(36)의 길쭉한 방향에 평행하고 그와 정렬될 수 있다). 롤 축(A2)은 피치 축(A1)에 수직이고, 방향(D)(즉, 차량(10)이 모터 어셈블리에 의해 추진될 수 있는 방향)으로 실질적으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 롤 축(A2)은 보드(12)의 길쭉한 방향으로 연장될 수 있다. 요 축(A3)은 피치 축(A1) 및 롤 축(A2)에 수직이다. 예를 들어, 요 축(A3)은 도 1에 도시된 바와 같이 데크 부분들(16, 18)에 의해 정의된 평면에 수직일 수 있다. 축들(A1, A2)은 Y 축 및 X 축(예 : 수평에 해당)과 유사(analogous)할 수 있고, 축(A3)은 Z축(예: 수직에 해당)과 유사하다. 피치 축(A1) 및 롤 축(A2)은 보드의 평면에 놓일 수 있다. 일부 실시예들에서, 피치 축 및 롤 축은 이 평면을 정의할 수 있다.
타이어(24)는 탑승자가 수동으로, 즉 차량으로부터 자동 지원(automated assistance)없이 자신의 체중을 시프팅(shift)함으로써 발뒤꿈치-발가락(heel-toe) 방향으로 균형을 잡을 수 있도록 힐-토우 방향(예 : 피치 축(A1)에 평행한 방향)으로 충분히 넓을 수 있다. 타이어(24)는 튜브가 없거나 내부 튜브와 함께 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 타이어(24)는 비공압(non-pneumatic) 타이어일 수 있다. 예를 들어, 타이어(24)는 "에어리스(airless)", 고체일 수 있고/있거나 발포체(foam)를 포함할 수 있다. 타이어(24)는 탑승자가 차량(10)의 코너링을 용이하게 하기 위해 발뒤꿈치 및/또는 발가락 압력을 통해 타이어의 에지 위로 차량(10)을 기울일 수 있도록(및/또는 롤 축(A2) 및/또는 요 축(A3)을 중심으로 보드를 피벗팅할 수 있도록) 프로파일을 가질 수 있다.
모터 어셈블리(26)는 타이어(또는 휠)(24) 내에 장착된 허브 모터(54)와 같은 타이어/휠(24)의 임의의 적절한 드라이버(driver)를 포함할 수 있다. 허브 모터는 내부 기어식(internally geared)일 수 있거나 직접 구동(direct-drive)될 수 있다. 허브 모터의 사용은 체인들과 벨트들의 제거(elimination)를 용이(facilitate)하게 하고 기동성(maneuverability), 무게 배분(weight distribution) 및 미관(aesthetics)을 상당히 개선하는 폼 팩터(form factor)를 가능하게 한다. 허브 모터(54)에 타이어(24)를 장착하는 것은, 허브 모터(54)에 볼팅될 수 있는, 허브 어댑터들을 사용할 수 있는 분할 림(split-rim) 디자인 어느 하나에 의해 또는 허브 모터의 하우징을 캐스팅(cast)하여 허브 모터 하우징에 직접적으로 타이어 비드(tire bead)를 위한 장착 플랜지들을 제공함으로써 달성될 수 있다.
계속해서 도 1 내지 도 10을 참조하면, 제1 범퍼(32)는 제1 데크 부분(16) 근위의 보드(12)의 제1 단부(56)에 통합(또는 커플링)되고, 제2 범퍼(34)는 제2 데크 부분(18) 근위의 보드(12)의 제2 단부(58)에 통합(또는 커플링)된다. 범퍼들(32, 34)은 미끄럼 패드(skid pad)로 지칭될 수 있고 교체가능(replaceable) 및/또는 선택적으로 제거가능(removable)할 수 있다. 예를 들어, 범퍼들은 교체 가능한 폴리머 파트들 또는 구성요소들을 포함할 수 있고/있거나 각각이 단일 피스로 완전히 교체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 범퍼들은 (뒤에서 더 자세히 설명되겠지만, 예를 들어, 탑승자가 탑승자 감지 디바이스 또는 스위치에서 그의 발을 제거한 후 지면에 대해 보드의 일 단부를 설정함으로써) 탑승자가 차량(10)을 치우친(angled) 배향으로 정지시키게 할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 맥락에서, 범퍼들은 내마모성(abrasion-resistant) 및/또는 견고화(ruggedized)되도록 구성될 수 있다. 범퍼를 보드에 분리가능하게 연결하는 것은 탑승자(또는 다른 사용자)가 마모로 낡은 이러한 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 제거하고/하거나 마모된 범퍼(들)를 하나 이상의 교체품으로 교체할 수 있게 한다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 5, 도 6, 도 8, 도 9, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이 차량(10)은 수납(stow) 가능한 핸들(60)을 포함한다. 핸들(60)은 허브 모터(54)에 인접한 휠(24)의 측면에 배치되고, 핸들의 파지할 수 있는 그립 부분(62)이 허브 모터(54)에 근접(proximate)한 위치에 수납되는 제1 형태(도 4 및 도 8 참조) 및 그립 부분(62)이 수납 위치에 대해 횡방향으로 연장하거나 돌출하는 위치로 피벗팅되거나 접히는(folded) 제2 형태(도 4 및 도 9 참조) 사이에서 전환가능하여서, 그립 부분이 보드를 운반하거나 수송하는 사용자의 손에 의해 맞물릴 수 있다. 보드가 지지 표면의 작동 위치에 있을 때 핸들의 그립은 (파손, 승차 방해 등을 방지하는) 제1 형태에서 실질적으로 수직일 수 있고 제2 형태에서 실질적으로 수평일 수 있다. 제1 형태는 "수납" 위치, "위쪽" 위치, "탑승" 위치, "작동" 위치, "전개되지 않은" 위치, 및/또는 "안" 위치로 지칭될 수 있다. 제2 형태는 "운반" 위치, "아래쪽" 위치, "휴대용" 위치, "전개된" 위치, 및/또는 "바깥" 위치로 지칭될 수 있다.
그립 부분(62)에 더하여, 핸들(60)은 (힌지 핀을 수용하도록 구성된 힌지 너클(66)들을 포함하는) 힌지(64) 및 그립 부분과 반대 방향으로 힌지로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 자기(magnetic) 탭(68)을 포함한다. 핸들(60)은 프레임, 펜더 또는 차축 블록과 같은 차량의 임의의 적절한 고정 특징부에 피벗가능하게 커플링될 수 있다. 이 예에서, 핸들(60)은 힌지(64)에 의해 차축 장착 블록(42)에, 예를 들어 블록의 내측 상측부에서 커플링된다. 따라서, 자기 탭(68)은 핸들(60)이 수납 위치에 있을 때 장착 블록(42)을 향해 접촉하고 편향(bias)되도록(즉, 끌리도록) 구성된다. 이러한 v편향을 용이하게 하기 위해, 하나 이상의 자석이 탭(68) 및/또는 블록(42)에 배치될 수 있어, 차량의 작동 중 핸들의 원하지 않는 변위를 방지하기 위해 충분한 자기 인력이 제공된다.
사용자는 자기 편향을 극복하고 그립 부분을 바깥쪽으로 피벗팅시킴으로써 핸들(60)을 제2 운반 위치에 수동으로 둘(place) 수 있다. 탭(68)은 그립 부분에 견고하게 커플링되고(예를 들어, 그립과 함께 단일 피스로 형성됨), 따라서 장착 블록(42)으로부터 멀어지는 내측 방향으로 피벗팅된다. 그립 부분(62)이 차량의 단부에서 볼 때 쉐이핑된 프로파일(shaped profile)을 갖고있어서, 핸들이 수납 위치에 있을 때 그립의 근위 부분은 비스듬히 허브 모터로부터 멀어지게 연장한 다음 중간 지점에서 실질적으로 수직이된다. 상응하게, 그립의 근위 부분은 운반 위치에 있을 때 실질적으로 수평으로 연장하고, 그 다음 굴곡져서 그립의 원위 부분이 위쪽으로 치우친다. 이 쉐이핑된 프로파일은 보관 및 운반 기능들을 용이하게 한다. 일부 예들에서, (예를 들어, 토션 스프링을 사용하는) 스프링 장착 힌지(spring-loaded hinge)가 자석 배치에 추가로 또는 자석 배치 대신에 이용될 수 있다.
일부 예들에서, 탭(68)과 장착 블록(42) 사이의 접촉은 (예를 들어, 센서에 의해) 모니터링되어 모터 제어기가 핸들의 위치에 기초하여 상이하게 기능할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어기는 허브 모터를 핸들과 인터로킹할 수 있어, 핸들이 수납 위치에 있지 않으면 허브 모터는 핸들과 맞물리지 않을 것이다.
일부 예들에서, 장착 블록(42)을 향한 탭(68)의 자기 편향은 전자석을 사용하는 것과 같이 선택적으로 제어가능할 수 있다. 그러한 예들에서, 자기 편향은 차량의 작동 조건들에 기초하여 켜고 끌 수 있고/있거나 더 강하거나 약해질 수 있다. 예를 들어, 편향은 허브 모터가 작동 중일 때 강화되고 허브 모터가 정지할 때 약해지거나 꺼질 수 있다. 이러한 유형의 제어 가능한 편향은 영구 자석 및/또는 스프링 장착 힌지 등과 같은 다른 편향 메커니즘과 함께 제공될 수 있다.
핸들(60)의 구성요소들은 사출 성형(injection mold)된 플라스틱 및/또는 기계가공된(machined) 또는 캐스팅된 금속을 사용하여 구성될 수 있다. 사용자에 의해 수동으로 파지되도록 구성된 부분들은 보다 편안한 그립을 생성하기 위해 탄성 재료, 예를 들어 고무 또는 연질 플라스틱을 사용하여 오버몰딩(overmold)될 수 있다.
차량(10)은 물, 흙, 또는 기타 도로 파편이 지면 접촉 요소에 의해 탑승자에게 전달(transfer)되는 것을 방지하기 위한 임의의 적절한 장치, 디바이스, 메커니즘, 및/또는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 차량(10)은 타이어(24)의 상부 주변부(periphery)를 완전히 덮도록 구성된 펜더(72)(일명 풀(full) 펜더)를 포함할 수 있다. 펜더(72)는 예를 들어 패스너들 및/또는 자기 커넥터들을 이용하여 프레임(14)에 커플링되고, 타이어(24)가 피치 축(A1)을 중심으로 회전할 때와 같이 파편이 타이어(24)로부터 탑승자에게 전달되는 것을 방지하도록 구성된다. 펜더(72)는 도 16 내지 도 19와 관련하여 아래에서 추가로 설명된다.
도 22에 표시되고 도 3, 도 7 및 도 11 내지 도 15에 다양하게 도시된바와 같이, 차량(10)의 하나 이상의 전기 구성요소는 전원 공급부(74), 모터 제어기(76), 탑승자 감지 디바이스(78), 전원 스위치(80), 및 충전 플러그 리셉터클(receptacle)(82)을 포함할 수 있다. 전원 공급부(74)는 상대적으로 무게가 가볍고 상대적으로 높은 전력 밀도를 갖는 하나 이상의 리튬 배터리와 같은 하나 이상의 배터리(예를 들어, 2차 또는 재충전 가능한 배터리)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 전원 공급부(74)는 하나 이상의 리튬 인산철(lithium iron phosphate) 배터리, 하나 이상의 리튬 폴리머 배터리, 하나 이상의 리튬 코발트 배터리, 하나 이상의 리튬 망간 배터리, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(74)는 16개의 A123 리튬 인산철 배터리(예 : 크기 8050)를 포함할 수 있다. 전원 공급부(74)의 배터리는 16S1P 형태 또는 임의의 다른 적절한 형태로 배열될 수 있다.
도 13은 거의 특징이 없는 인쇄 회로 보드(PCB)으로서 모터 제어기(76)를 도시하지만, 모터 제어기는 일반적으로 차량 모터를 제어하기 위한 적절한 전자 장치를 포함할 것이다. 예를 들어, 마이크로제어기(84) 및/또는 하나 이상의 센서(또는 적어도 하나의 센서)(86)는 모터 제어기(76)에 포함되거나 이에 연결될 수 있다(도 22 참조). 센서(86)들 중 적어도 하나는 보드(12)의 배향 정보(또는 배향)를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(86)는 피치, 롤, 및/또는 요 축들에 대한 및/또는 그에 따른 보드(12)의 움직임(movement)을 감지하도록 구성될 수 있다. 모터는 보드(12)의 배향에 기초하여 휠(24)의 회전을 일으키도록 구성될 수 있다. 특히, 모터 제어기(76)는 센서(86) 중 적어도 하나의 센서에 의해 측정된 배향 정보를 수신하고 배향 정보에 기초하여 모터 어셈블리(26)가 전기 차량을 추진시키게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 모터 제어기(76)는 차량(10)을 추진 및/또는 능동적으로 균형을 잡기 위해 마이크로제어기(84)를 통해 센서(86)로부터 수신된 보드(12)의 감지된 움직임에 기초하여 허브 모터(54)를 구동하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 전기적 구성요소들의 적어도 일부는 보드(12)에 통합된다. 예를 들어, 보드(12)는 전원 공급부(74)를 하우징(house)하는 제1 환경 인클로저(environmental enclosure), 및 모터 제어기(76)를 하우징하는 제2 환경 인클로저를 포함한다. 환경 인클로저들은 물 침입와 같은 손상으로부터 하나 이상의 전기적 구성 요소를 보호하도록 구성된다.
차량(10)은 하나 이상의 전조등(headlight) 및/또는 미등(taillight) 어셈블리(예를 들어, 도 4 및 5 참조)와 같은 복수의 라이트 어셈블리, 및 배터리 표시기를 더 포함한다. 예를 들어, 제1 전조등/미등 어셈블리(또는 제1 라이트 어셈블리)(90)는 (예를 들어, 제1 데크 부분(16)의 원위 단부 부분에서) 보드의 제1 단부 부분(56) 상에 또는 그에 배치될 수 있고 (및/또는 그에 연결될 수 있고), 제2 전조등/미등 어셈블리(92)는 (예를 들어, 제2 데크 부분(18)의 원위 단부 부분에서) 보드의 제2 단부 부분(58) 상에 또는 그에 배치될 수 있다 (및/또는 그에 연결될 수 있다)
전조등/미등 어셈블리들(90, 92)은 차량(10)을 가역적으로 라이팅(light)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 어셈블리들(90, 92)은 색상을 변경함으로써 차량(10)이 움직이는 방향을 표시할 수 있다. 예를 들어, 전조등/미등 어셈블리들은 마이크로제어기(84)(및/또는 피치 센서 또는 센서들(86)(예 : 3축 자이로(들)(96) 또는 가속도계(들)(98)))로부터 데이터를 수신하도록 구성된 하나 이상의 고출력 RGB 및/또는 적색 및 백색 LED들 (또는 다른 적합한 하나 이상의 조명기)(94)를 각각 포함할 수 있고, 차량(10)의 움직임의 방향에 기초하여 자동으로 색상을 변경(예: 빨간색에서 흰색으로, 흰색에서 빨간색으로, 또는 제1 색상에서 제2 색상으로)할 수 있다. 제1 색상은 운동 방향으로 빛나고 제2 색상은 뒤로(예: 운동 방향의 반대) 빛난다. 예를 들어, 전조등/미등 어셈블리들(예를 들어, 이들의 각각의 조명기) 중 하나 이상은 모터 제어기(76)에 포함되거나 모터 제어기에 연결될 수 있는 LED 드라이버를 통해 마이크로제어기(84)에 커플링될 수 있다.
일부 실시예들에서 어셈블리들(90, 92)의 조명기들은 RGB/RGBW LED들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 각각의 LED는 개별적으로 어드레스(address) 가능해서 조명 색상의 사용자 조정이 허용된다. 방향 지시등/애니메이션 및/또는 차량 상태 정보(예: 배터리 상태, 작동 여부 및 인터록킹에 의한 비활성화 등)와 같은 추가 기능도 제공될 수 있다.
어셈블리들(90, 92) 및 관련된 조명기들은 범퍼들(30, 32)에 위치 및/또는 범퍼들(30, 32)에 의해 보호될 수 있다. 예를 들어, 범퍼들(30, 32)은 조명기가 통하여 빛날 수 있는 각각의 애퍼쳐(aperture)들(100, 102)을 포함할 수 있다. 애퍼쳐들(100, 102)은 조명기들이 지면과 접촉하는 것을 방지하도록 치수가 정해질 수 있다. 예를 들어, 애퍼쳐들(100, 102)은 각각 깊이 또는 인셋(inset) 프로파일을 가질 수 있다.
차량(10)은 또한 전원 공급부 상태 표시기, 특히 모터 제어기(76)의 하우징(108) 내에 배치된 하나 이상의 조명기(106)(예를 들어, LED)를 포함하는 배터리 표시기(104)를 포함할 수 있다. 배터리 표시기(104)는 예를 들어, 마이크로제어기에 의해 및/또는 전원 공급부로부터 직접 또는 간접적으로 배터리 표시기에 제공된 신호를 통해 전원 공급부(74)의 상태를 표시하도록 구성된 임의의 적절한 조명기(들)를 포함할 수 있다. 배터리 표시기(104)는 예를 들어 차량의 작동 중에 풋 패드들 중 하나의 상측부에 형성된 애퍼쳐 또는 슬롯(110)을 통해 탑승자가 볼 수 있다. 이 예에서, 슬롯(110)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제2 데크 부분(18)에 형성된다.
이 예에서, 배터리 표시기(104)는 탑승자가 볼 수 있는 LED 스트립이다. RGB 가능 LED 라이트(RGB-capable LED light)들을 사용하여 7개의 조명기(106)들이 제공되지만 더 많거나 더 적게 활용될 수 있다. LED 스트립은 프로그래밍이 가능하며 배터리 충전 상태를 막대 그래프 및/또는 색상으로 표시하도록 구성된다(예: 완전히 충전되면 녹색으로 시작하고 완전히 방전되면 노란색을 거쳐 빨간색으로 바뀐다). LED 스트립은 또한 오류 코드, (즉, 탑승자 감지 시스템(78)을 통한) 풋 패드 영역 활성화의 디스플레이 상태, 디스플레이 경고/알람, 깜박임 코드 경고 등을 플래싱(flash)할 수 있다. 일부 예들에서, LED 거동(behavior)은 탑승하는 동안 사라지고 정지되었을 때 (또는 문턱 속도 미만일 때) 페이드 백(fade back)만하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 작동 모드는 탑승자가 탑승 중에 아래를 내려다보는 것을 방지한다. 전술한 모드 중 하나 이상은 사용자가 원격으로 선택할 수 있다. 일부 예에서, 모드 및 예를 들어 밝기 조정은 사용자의 스마트폰 또는 다른 모바일 디바이스에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션에서 제어할 수 있다. 일부 예들에서 밝기는 절대(absolute) 밝기 설정 또는 일부 다른 변수, 예를 들어 하루 시간(time of day) 조정(밤에는 더 어두워짐)을 기반으로 할 수 있다.
슬롯(110)을 통해 조명기(106)를 보는 것을 용이하게 하고 향상시키기 위해, 하우징(108)의 일 부분은 조명기에서 인접하여 슬롯으로(그리고 일부 예에서는 슬롯안으로) 연장하는 광 파이프(112)를 포함한다. 도 13 내지 도 15를 참조하라. 광 파이프(112)는 조명기들(예를 들어, 제어기 하우징 내의 회로 보드에 장착됨)로부터 슬롯(110)으로 광을 전송하도록 구성된 임의의 적합한 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 파이프(112)는 광섬유 또는 고체 투명 재료일 수 있고, 그리고 유연하거나 단단할 수 있다. 이 예에서, 광 파이프(112)는 하부 단부에서 LED 조명기의 선형 어레이를 덮고 상부 단부에서 슬롯(110)과 인터페이스하거나 그에 맞도록(fit) 단단한 투명 재료의 넓은 기둥(column)으로 형성된다(도 15 참조). 일부 예들에서, 광 파이프(112)의 상부 부분은 슬롯(110)을 채우고, 이에 의해 슬롯을 플러깅(plug)하고 파편 등의 침입(incursion)을 방지하거나 감소시킨다. 광 파이프(112)는 하우징의 베이스에 커플링되는 하우징(108)의 리드(lid)(114)와 함께 단일 피스로 형성될 수 있다. 하우징(108)의 일부 또는 전부는 전조등 및 배터리 표시기 LED를 위한 광학 창들을 포함할 수 있는 투명 재료(예 : 투명한 폴리카보네이트)를 포함할 수 있다. 광학 창으로 사용되지 않는 하우징의 영역들은 제어기 하우징에 대한 가시성을 방지하기 위해 공격적으로 질감처리(aggressively textured)(예: 내부 및 외부 표면 모두)될 수 있다. 불투명한(opaque) 제어기 하우징에 투명 창들을 조립하는 대신 에칭(etching) 또는 텍스처링(texturing)이 있는 투명 재료를 사용하면 구성을 단순화하고 잠재적인 밀봉 실패 지점을 방지하는 데 도움이 된다.
도 11 및 도 12로 돌아가서, 데크 부분들의 각각 내의 구성요소들의 예시적인 배치가 이제 설명될 것이다. 도 11은 데크 부분(16)의 부분 분해도이다. 도시된 바와 같이, 이 예에서 데크 부분(16)은 탑승자 감지 시스템(78)의 멤브레인 스위치(120) 상에 적층(layer)된 미끄럼 방지 시트(38)를 포함하고, 이는 결국 제1 풋 패드(122)(일명 전면 풋 패드)에 배치된다. 풋 패드(122)는 보드(12) 상의 탑승자를 지지하도록 구성된 임의의 적절한 강성있는, 일반적으로 평면 구조를 포함할 수 있다. 이 예에서, 풋 패드(122)는 일 단부가 더 두꺼워서, 풋 패드(122)의 상부 표면이 보드의 단부(56)를 향해 약간 위쪽으로 굴곡진다. 풋 패드(122)는 프레임(14)에 직접 커플링되고 그 위에서 지지된다. 애퍼쳐(124)들은 전도체(예를 들어, 와이어)들을 수용하여 모터 제어기(76)와 멤브레인 스위치(120)를 연결하기 위한 풋 패드(122)에 제공된다. 모터 제어기(76)는 보드 내의 풋 패드(122) 아래에 배치되는 하우징(108)에 (적어도 부분적으로) 하우징된다. 언더캐리지(undercarriage)는 전방 범퍼(32)의 연장부에 의해, 또는 일부 예에서 별도의 하우징 또는 강성 재료의 팽창부(expanse)에 의해 제공된다.
도 12는 데크 부분(18)의 부분 분해도이다. 도시된 바와 같이, 데크 부분(18)은 이 예에서 미끄럼 방지 시트(40)를 포함하며, 이는 제2 풋 패드(126)(일명 후방 풋 패드)에 배치된다. 풋 패드(126)는 보드(12) 상의 탑승자를 지지하도록 구성된 임의의 적절한 강성있는, 일반적으로 평면 구조를 포함할 수 있다. 이 예에서, 풋 패드(126)는 일 단부가 더 두꺼워서, 풋 패드(126)의 상부 표면이 보드의 단부(58)를 향해 약간 위쪽으로 굴곡진다. 풋 패드(126)는 프레임(14)에 직접 결합되고 그 위에서 지지된다. 전원 공급부(74)는 풋 패드(126) 아래, 상부 배터리 커버(128) 및 하부 배터리 하우징(130) 내부에 하우징된다. 언더캐리지는 배터리 하우징 및/또는 후방 범퍼(34)의 연장부에 의해, 또는 일부 예들에서 별도의 하우징 또는 강성 재료의 팽창부에 의해 제공된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 데크 부분(16)의 내측 단부는 개방되거나 덮이지 않을 수 있다. 이 개구는 덮이거나 실질적으로 밀봉되고, 내부 구성요소들은 펜더(72)의 스커트 부분 또는 하향(downward) 플랜지(150)에 의해 보호된다(도 16 내지 도 19 참조). 펜더(72)는 프레임(14)에 안착(seat)되고 예를 들어 스크루 또는 볼트와 같은 패스너에 의해 프레임(14)에 커플링되도록 구성된 주변 플랜지(152)를 더 포함한다. 펜더의 돔 또는 아치 부분(154)은 주변 플랜지의 전방 및 후방 단부들로부터 연장하고 전방에서 후방으로 타이어(24)의 위에 아치를 만들도록(overarch) 구성된다. 아치 부분(154)은 또한 하향 굴곡 측방향 에지(downward-curved lateral edge)들을 포함해서, 아치 부분은 또한 타이어의 측면 윤곽(contour)을 부분적으로 따른다. 하부 리지(ridge)(156, 158)는 주변 플랜지의 측방향 에지를 따라 연장하고, 밑에 있는 프레임 부재의 외부 에지(예를 들어, 홈(groove))와 인터페이스하도록 구성된다. 플랜지(152)의 내부 돌출부(160, 162)는 각각의 장착 블록들(42, 44)에서 대응하는 채널(164, 166)과, 예를 들어 스냅-인투-플레이스(snap-into-place) 방식으로 메이팅(mate)하도록 구성된다. 핸들(60)이 장착되는 측부에 대응하는 일 측부에서, 비스듬한(beveled) 에지(168)가 플랜지(152)의 내측 측부에 제공되어 핸들을 운반 위치에 쉽게 배치할 수 있다. 노치(notch)(170)는 슬롯(110)을 형성하기 위해 제1 발패드(122)의 노치(172)에 대응하도록 주변 플랜지의 단부에 형성된다.
대안적으로, 도 1 및 다른 곳에 도시된 바와 같이, 펜더 대체물(180)(일명 "펜더 삭제")이 풀 펜더 대신에 설치될 수 있다. 도 20 및 도 21을 참조하여, 펜더 대체물(180)은 스커트 부분(182)(스커트 부분(150)과 유사), 주변 플랜지(184)(플랜지(152)와 유사), 하부 리지(186, 188)(리지(156, 158)와 유사), 내부 돌출부(190, 1929), (돌출부(160, 162)와 유사), 비스듬한 에지(194)(비스듬한 에지(168)와 유사), 및 노치(196)(노치(170)와 유사)를 포함하고, 모두 실질적으로 펜더(72)와 관련하여 전술한바와 같다.
펜더와 더미(dummy) 펜더는 프레임 부재들을 덮고 보호하고, 타이어 주변의 갭을 관리하고(예: 안전과 미학을 위해), 추가적인 보유(retention)를 위해 차축 장착 블록에 스냅(snap)하고, 데크 부분(16)의 개구 단부를 통해 모터 제어기(76)로 물/진흙의 침입으로부터 추가 보호를 제공하도록 구성된다.
타이어 압력 센서(200)는 차량(10)에 포함될 수 있고 타이어(24)의 압력 밸브(202)에 전기적으로/전자적으로 커플링될 수 있다. 타이어 압력 센서(200)는 예를 들어 타이어(24)에 (예를들어, 밸브 스템에서) 통합되는 임의의 적절한 압력 센서를 포함할 수 있고, 타이어(24)의 공기압(pneumatic pressure)을 감지하고 감지된 압력을 예를 들어 무선으로 제어기 및/또는 사용자의 모바일 디바이스(예: 스마트 폰)와 같은 네트워크 디바이스에 전달하도록 구성된다. 타이어 공기압 관리 시스템은 차량에서 또는 모바일 디바이스에서 실행되는 소프트웨어 애플리케이션의 일부로 쓰일(employ) 수 있다. 관리 시스템은 타이어 공기압을 기록하고, 고압 또는 저압 경고 또는 경계경보를 표시하거나 달리 제공하고, 및/또는 추가 분석 및 표시를 위해 타이어 공기압을 전달하는 기능을 할 수 있다.
B. 예시적 제어 시스템
도 22는 차량에 일부 또는 전부가 포함될 수 있는 온보드 제어들을 포함하는 차량(10)의 다양한 예시적인 전기적 구성요소들의 블록도를 도시한다. 전기 구성요소들은 전원 공급부 관리 시스템(300), 직류-직류(DC/DC) 변환기(302), 브러시리스 직류(BLDC) 드라이브 로직(304), 전력 스테이지(306), 하나 이상의 3축 가속도계(98), 하나 이상의 3축 자이로(96), 하나 이상의 홀 센서(hall sensor)(308), 및/또는 모터 온도 센서(310)를 포함할 수 있다. DC/DC 변환기(302), BLDC 드라이브 로직(304) 및 전원 스테이지(306)는 모터 제어기(76)에 포함 및/또는 모터 제어기(76)에 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 모터 제어기(76)는 가변 주파수 드라이브 및/또는 임의의 다른 적절한 드라이브를 포함할 수 있다. 자이로(들)(96) 및 가속도계(들)(98)는 센서(86)들에 포함될 수 있다.
전기 차량의 능동 균형(또는 자기 안정화)은 피드백 제어 루프 또는 메커니즘의 사용을 통해 달성될 수 있다. 피드백 제어 메커니즘은 모터 제어기(76)에 전기적으로 커플링 및/또는 포함될 수 있는 센서(86)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 피드백 제어 메커니즘은 하나 이상의 자이로(예 : 자이로(들)(96) 및 하나 이상의 가속도계(예 : 가속도계(들)(98))를 사용하는 PID(proportional-integral-derivative) 제어 방식을 포함할 수 있다. 자이로(96)는 피치 축을 중심으로 풋 데크의 피벗팅을 측정하도록 구성될 수 있다. 자이로(96) 및 가속도계(98)는 피치, 롤 및/또는 요 축들에 대한 풋 데크의 배향과 같은 보드(12)의 경사각을 추정(또는 측정 또는 감지)하도록 집합적으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자이로(96) 및 가속도계(98)는 피치, 롤 및/또는 요 축들에 대한 피벗을 포함하는 프레임(14)의 경사각을 추정하기에 충분한 배향 정보를 감지하도록 집합적으로 구성될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 보드(12)의 배향 정보는 자이로(96) 및 가속도계(98)에 의해 측정(또는 감지)될 수 있다. 자이로(96) 및 가속도계(98)로부터의 각각의 측정(또는 감지 신호)들은 조향 입력으로 인한 범프의 충격, 도로 질감 및 외란의 영향을 필터링하는 동안 보드(12)의 경사각(예를 들어, (차축(36))에 대한 피치 각도에 대응하는 피치 축에 대한 피벗팅, 롤 또는 발뒤꿈치-발가락 각도에 대응하는 롤 축에 대한 피벗팅 및 양옆의(side-to-side) 요 각도에 대응하는 요 축에 대한 피벗팅을 갖는, 피치, 롤 및/또는 요 축들에 대한 보드(12)의 피벗팅)을 추정하기 위해 상보적 또는 칼만(Kalman) 필터를 사용하여 결합될 수 있다. 예를 들어, 자이로(96) 및 가속도계(98)는 마이크로제어기(84)에 연결될 수 있고, 마이크로제어기(84)는 피치, 롤, 및/또는 요 축에 대한 및/또는 그에 따른 보드(12)의 움직임을 대응하여 측정하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 전자 차량은 피치 축에 대한 보드의 피벗을 측정하도록 구성된 1축 자이로, 중력 벡터를 측정하도록 구성된 1축 가속도계 및/또는 폐루프 전달 함수와 같은 임의의 다른 적절한 피드백 제어 루프와 같은 차량을 자기 안정화하도록 구성되는 임의의 적절한 센서 및 피드백 제어 루프를 포함할 수 있다. 추가적인 가속도계 및 자이로 축들은 보드가 측부로 롤 오버(roll over)되었는지 또는 탑승자가 회전하려는지를 감지하는 것과 같은 성능과 기능을 개선하게 한다.
피드백 제어 루프는 지면에 대한 보드(12)의 각도를 감소시키도록 모터(54)를 구동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 탑승자가 보드(12)를 아래쪽으로 기울이면 제1 데크 부분(16)이 제2 데크 부분(18)보다 '낮게'되고(예를 들어, 탑승자가 보드(12)를 도 7의 차축(36)에 대해 반시계 방향(CCW)으로 회전시킨 경우), 그러면 피드백 루프는 피치 축(즉, 차축(36))에 대한 타이어(24)의 CCW 회전 및 보드(12) 상의 시계 방향 힘을 야기하도록 모터(54)를 구동할 수 있다.
따라서, 전기 차량의 움직임은 탑승자가 선택된(예를 들어, "앞") 발 쪽으로 자신의 체중을 기울임으로써 달성될 수 있다. 유사하게, 감속은 탑승자가 다른 쪽(예: "뒤쪽" 발)에 기대어 달성할 수 있다. 회생(regenerative) 제동은 아래에서 자세히 설명하는 것처럼 차량을 감속하는 데 사용할 수 있다. 탑승자가 선택한 발 쪽으로 몸을 기울인 상태에서 어느 방향으로든 지속적인 작동을 달성할 수 있다.
도 22에 표시된 바와 같이, 마이크로제어기(84)는 보드(12)의 배향 및 움직임에 관한 정보를 전달할 수 있는 브러시리스 DC(BLDC) 드라이브 로직(304)에 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. BLDC 드라이브 로직(304)은 그 다음 신호를 해석하고 그에 따라 모터(54)를 구동하기 위해 전원 스테이지(306)와 통신한다. 홀 센서(308)는 모터(54)의 회전자의 실질적으로 순간적인 회전 속도에 관한 피드백을 제공하기 위해 BLDC 드라이브 로직에 신호를 보낼 수 있다. 모터 온도 센서(310)는 모터(54)의 온도를 측정하고 이 측정된 온도를 로직(304)으로 보내도록 구성될 수 있다. 로직(304)은 모터가 과열되는 것을 방지하기 위해 모터(54)의 측정된 온도에 기초하여 모터(54)에 공급되는 전력량을 제한할 수 있다.
PID 루프 또는 기타 적절한 피드백 제어 루프에 대한 특정 수정(certain modification)은 전기 차량의 성능과 안전성을 개선하기 위해 통합될 수 있다. 예를 들어, 적분 와인드업(windup)은 최대 적분기 값을 제한함으로써 방지될 수 있고 지수 함수는 피치 오차 각도(예 : 보드(12)의 측정 또는 추정된 피치 각도)에 적용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 일부 실시예는 신경망 제어, 퍼지 제어, 유전자 알고리즘 제어, 선형-2차 조절기 제어, 상태 종속 리카티 방정식 제어, 및/또는 다른 제어 알고리즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모터 위치에 대한 피드백을 제공하기 위해 절대 또는 상대 인코더가 통합될 수 있다.
일부 실시예들에서, FOC(field-oriented control) 또는 벡터 제어 시스템은 모터 제어기(예 : 마이크로제어기(84), 구동 로직(304), 및/또는 모터 제어기의 임의의 다른 적절한 처리 로직)에 통합될 수 있다. 적절한 FOC 시스템이 도 23에 도시되어 있다. 도 23 내지 도 31와 관련하여 아래 설명된 바와 같이, 이 FOC 시스템은 초과 회생 전류를 전환(divert)하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 배터리에 대한 보호 메커니즘으로 작용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 회전하는 동안 피치 각도는 힐-토우 각도(예: 롤 축에 대한 보드의 피벗팅)에 의해 조절(modulate)될 수 있으며, 이는 성능을 향상시키고 보드(12)의 전방 내부 에지가 지면에 닿는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드백 루프는 보드가 롤 및/또는 요 축을 중심으로 피벗팅되는 경우 타이어의 회전 속도를 증가, 감소 또는 조절하도록 구성될 수 있다. 이러한 타이어 회전 속도의 조절은 보드의 일 부분과 탑승자 사이에 증가된 수직력을 가할 수 있으며, 회전시 “카빙(carving)”의 감각을 탑승자에게 제공할 수 있고, 이는 눈을 통해 스노보드 또는 물을 통해 서핑 보드를 카빙(carving)하는 것의 느낌과 유사하다.
탑승자가 보드 상에 스스로 적절하게 위치하면, 탑승자가 보드를 미리 결정된 배향으로 움직일 때까지 제어 루프는 활성화되지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘이 피드백 제어 루프에 통합할 수 있어서, 탑승자가 보드를 대략 평평한(level) 배향(예: 0도 피치 각도)으로 가져오기 위해 체중을 사용할 때까지 제어 루프는 활성화되지 않는다(예 : 모터를 구동하지 않음). 이 미리 결정된 배향이 감지되면, 피드백 제어 루프는 전기 차량의 균형을 유지하고 전기 차량의 정지(stationary) 모드(또는 형태, 상태 또는 배향)에서 이동 모드(또는 형태, 상태 또는 배향)로의 전환을 용이하게 하도록 활성화(enable or activate)될 수 있다.
도 22를 계속 참조하면, 다양한 전기적 구성요소들이 전원 공급부(74)를 관리하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부 관리 시스템(300)은 전원 공급부(74)의 배터리를 과충전, 과방전 및/또는 단락(short-circuit)되는 것으로부터 보호하도록 구성된 배터리 관리 시스템일 수 있다. 시스템(300)은 배터리 수명(health)을 모니터링할 수 있고/있거나 전원 공급부(74)의 충전 상태를 모니터링할 수 있고/있거나 차량의 안전성을 증가시킬 수 있다. 전원 공급부 관리 시스템(300)은 차량(10)의 충전 플러그 리셉터클(82)과 전원 공급부(74) 사이에 연결될 수 있다. 탑승자(또는 다른 사용자)는 충전기를 플러그 리셉터클(82)에 커플링하고 시스템(300)을 통해 전원 공급부(74)를 재충전할 수 있다.
작동시, 전원 스위치(80)는 (예를 들어, 탑승자에 의해) 활성화될 수 있다. 스위치(80)의 활성화는 전원 켜짐(power-on) 신호를 변환기(302)로 보낼 수 있다. 전원 켜짐 신호에 응답하여, 변환기(302)는 전원 공급부(74)에 의해 제공되는 제1 전압 레벨로부터 하나 이상의 다른 전압 레벨로 직류를 변환할 수 있다. 다른 전압 레벨은 제1 전압 레벨과 상이할 수 있다. 변환기(302)는 이러한 전기 구성요소에 적절한 전압을 제공하기위해 하나 이상의 전기 연결을 통해 다른 전기 구성요소에 연결될 수 있다.
변환기(302)(또는 다른 적절한 회로)는 전원 켜짐 신호를 마이크로제어기(84)에 전송할 수 있다. 전원 켜짐 신호에 응답하여 마이크로제어기는 센서(86) 및 탑승자 감지 디바이스(78)를 초기화(initialize)할 수 있다.
전기 차량은 피드백 제어 루프와 맞물리기 전에 탑승자가 보드에 있는지 확인하기 위해 전원 스위치(80) 및/또는 탑승자 감지디바이스(78)와 같은 하나 이상의 안전 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 탑승자 감지 디바이스(78)는 탑승자의 발이 풋 데크에 배치되어 있는지 여부를 결정하고, 탑승자의 발이 풋 데크에 배치된 것으로 결정될 때 모터(54)가 활성 상태에 진입(enter)하도록 하는 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
탑승자 감지 디바이스(78)는 탑승자가 전기 차량에 있는지 여부를 결정하기 위한 임의의 적절한 메커니즘, 구조 또는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(78)는 하나 이상의 기계적 버튼, 하나 이상의 커패시티브(capacitive) 센서, 하나 이상의 인덕티브(inductive) 센서, 하나 이상의 광학 스위치, 하나 이상의 힘 저항 센서, 및/또는 하나 이상의 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 탑승자 감지 디바이스(78)는 제1 데크 부분(16) 및 제2 데크 부분(18) 중 하나 또는 둘 모두의 위 또는 아래에 위치할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 기계식 버튼 또는 다른 디바이스는 탑승자가 보드(12)에 있는지 감지하기 위해 직접(예를 들어, 데크 부분들에 있는 경우) 또는 간접적으로(예를 들어, 데크 부분들 아래에 있는 경우) 눌릴 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 커패시티브 센서 및/또는 하나 이상의 인덕티브 센서는 데크 부분들 중 하나 또는 둘 모두의 표면 또는 그 근처에 위치할 수 있고, 그에 따라 탑승자가 보드에 있는지 여부를 커패시턴스의 변화 또는 인덕턴스의 변화를 통해 감지할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 광 스위치는 데크 부분들 중 하나 또는 둘 모두의 표면 상에 또는 근처에 위치될 수 있다. 하나 이상의 광 스위치는 광 신호를 기반으로 탑승자가 보드 위에 있는지 여부를 감지할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 스트레인 게이지는 탑승자가 보드 상에 있는지 여부를 감지하기 위해 탑승자의 발에 의해 전해(impart)지는 보드 또는 ckcnr 플렉스(flex)를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스(78)는 핸드헬드(hand-held) "데드맨(dead-man)" 스위치를 포함할 수 있다.
디바이스(78)가 탑승자가 전기 차량에 적절하게 위치된 것을 감지하면, 디바이스(78)는 탑승자-존재(rider-present) 신호를 마이크로제어기(84)에 보낼 수 있다. 탑승자-존재 신호는 모터(54)가 활성 상태에 들어가게 하는 신호일 수 있다. 탑승자 존재 신호(및/또는 보드가 평평한 배향으로 이동됨)에 응답하여, 마이크로제어기(84)는 모터(54)를 구동하기 위한 피드백 제어 루프를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 탑승자 존재 신호에 응답하여, 마이크로제어기(84)는 전원 스테이지(306)를 통해 모터(54)에 전력을 공급하기 위해 센서(86)에서 로직(304)으로 보드 배향 정보(또는 측정 데이터)를 전송할 수 있다.
일부 실시예에서, 디바이스(78)가 탑승자가 더 이상 전기 차량에 적절하게 위치하지 않거나 존재하지 않는다는 것을 감지하면, 디바이스(78)는 탑승자 부재(rider-not-present) 신호를 마이크로제어기(84)에 보낼 수 있다. 탑승자 부재 신호에 응답하여, 차량(10)의 회로(예를 들어, 마이크로제어기(84), 로직(304), 및/또는 전원 스테이지(306))는 차량(10)을 정지시키기 위해 고정자에 대한 회전자의 회전 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전자의 전기 코일들은 회전자의 회전 속도를 감소시키기 위해 선택적으로 전력을 공급받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 탑승자 부재 신호에 응답하여, 회로는 상대적으로 강한 및/또는 실질적으로 연속적으로 일정한 전압으로 전기 코일에 전력을 공급, 고정자에 대해 회전자를 로킹, 회전자가 고정자에 대해 회전하는것을 방지 및/또는 회전자를 갑자기 멈추게 하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 차량은 탑승자가 차량에 존재하지 않더라도(예를 들어, 일시적으로) 모터(54)를 능동적으로 구동하도록 구성될 수 있으며, 이는 탑승자가 다양한 트릭들을 수행하도록 할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(78)는 미리 결정된 시간 동안 마이크로제어기에 탑승자 부재 신호를 전송하는 것을 지연시키도록 구성될 수 있고/있거나 마이크로제어기는 미리 결정된 시간 동안 모터에 전력을 차단하기 위해 로직(304)에 신호를 전송하는 것을 지연하도록 구성될 수 있다.
C. FOC를 사용한 예시적인 모터 제어기
영구 자석 모터를 활용하는 자기 균형(또는 기타) 전기 차량이 정지하거나 내리막길로 주행되는 과정에 있을 때, 시스템은 본질적으로 에너지를 회복하고 허브 모터가 발전기로써 기능하게 하여 전진 운동에 반대하도록 구성될수 있고, 그렇게 함으로써 운동 에너지를 재생 전류(일반적으로 배터리로 향함)로 변환하고 제동 토크를 생성한다. 이 재생된 전류는 예를 들어 배터리를 재충전하는 데 사용될 때 이점이 될 수 있다. 그러나 예를 들어 배터리가 이미 최대 용량인 경우 전류가 손상될 수도 있다. 알려진 차량들은 탑승자가 재생 문턱 아래로 속도를 낮추는 것을 강제하거나(예를 들어, 0.5MPH일 수 있음), 저항 뱅크(bank)들을 사용하여 전류를 소실(disspate)시키거나, 갑자기 차단함으로써 잠재적으로 손상을 입히는 과전압 상황을 해결하려고 시도한다. 배터리 손상을 방지하면서 더 나은 탑승자 경험을 제공하려면 더 나은 솔루션이 필요한다.
일반적으로 전기 모터는 모터 또는 발전기로써 기능할 수 있다. 모터로 기능할 때 디바이스는 배터리와 같은 전원으로부터 전력을 공급받아 이를 토크로 변환하여 회전자를 회전시킨다. 또한 회전자를 회전시키면 카운터(counter) 기전력(CEMF)(역기전력(back EMF)라고도 함)이 발생하여 전원(예: 배터리)에 의해 인가되는 전압에 반대한다. 일반적으로 인가 전압을 높이면 회전자가 빨라진다. 회전자 속도가 증가함에 따라 CEMF도 증가하여 더 큰 반대 효과를 생성한다. 반대로, 발전기로 작동할 때 디바이스는 기계적(예: 회전하는) 전원에서 기계적 동력을 수신하고 운동 에너지를 전력으로 변환한다. 이 경우 회전자를 회전시키면 카운터 토크 또는 카운터 힘이 발생하여 역학적 동력원에 반대하는 역할을 한다. 일반적으로 이 역 토크는 회전자 속도를 증가시키는 것을 점점 더 어렵게 만든다.
정상적인 모터 작동 중에 전기 모터들은 모터 및 발전기 특성을 모두 전시(exhibit)한다. CEMF의 생산은 사실상 발전 활동이다. 그러나 CEMF는 일반적으로 전원 전압보다 낮고, 이 경우에 있는 한 모터는 계속해서 부하(즉, 모터)로 작동한다. 어떤 경우들에는 CEMF가 전원 전압을 초과하여 발전기 기능이 지배적일 수 있다. 이러한 상황들에서 디바이스는 사용되거나 회수(recapture)될 수 있는 전기 에너지를 생성한다. 회생 제동 시스템에서는 에너지를 전원에 공급하여(예: 배터리 재충전) 에너지를 회수한다.
이러한 종류의 회생 활동 또는 에너지 회수를 초래하는 상황에는 전기 차량이 언덕을 내려갈 때 또는 모터가 명령(command)된 모터 토크보다 빠르게 회전하도록 강제하는 경우가 포함된다. CEMF가 배터리 전압을 초과할 정도로 모터가 빠르게 회전하면 전류가 모터에서 배터리로 흐른다. 동시에 모터가 이제 발전기로 작동하기 때문에 카운터 토크가 생성된다. 이 카운터 토크는 차량의 브레이크 역할을 한다.
방금 설명한 유형의 회생 제동이 유용한 기능이지만 일부 상황에서는 유해하거나 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 차량의 배터리가 이미 거의 또는 완전히 충전되었을 수 있다. 과전압 상태는 시스템을 손상시킬 수 있으므로 배터리가 이미 거의 또는 완전히 충전된 경우 표준 회생 제동은 바람직하지 않다.
아래에 설명된 제어 시스템은 차량이 전력을 회생할 때 과전압 손상을 방지하기 위해 이 초과 에너지를 감소 및/또는 처리하는 기술을 쓴다. 특히, 에너지는 FOC(Field Oriented Control)(벡터 제어라고도 함)의 버전(version)을 사용하여 리디렉션(redirect)된다. 차량이 작동 중일 때 회전하는 회전자 자속 각도와 정렬된 벡터를 갖는 자속 전류(일명 직류)가 정의되고, 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도에서 직교 전류가 정의된다. 본 개시의 시스템들은 직교 전류와 독립적으로 자속 전류를 조작함으로써 에너지를 리디렉션시킨다.
정상 작동 중에 직교 전류는 원하는 모터 토크에 따라 제어되는 반면 자속 전류는 일반적으로 예를 들어 모터의 영구 자석에 반작용(counteract)하지 않도록 0으로 설정된다. 그러나, 가능한 과전압 상황에서, 본 개시의 시스템들은 자속 전류를 조정함으로써 모터 자속을 자동으로 약화시키도록 구성된다. 이것은 두 가지 효과들이 있다. 첫째, 자속을 약화시키는 데 사용되는 전류 자체가 시스템의 부하이므로 배터리 회생에 반대한다. 둘째, 자속을 약하게 함으로써 CEMF를 감소시켜 CEMF가 배터리 전압을 많이 초과하지 않도록 한다. 따라서 모터는 그렇지 않으면 배터리에 공급될 전류를 더 적게 생성한다.
도 23 내지 도 31은 섹션 A에 설명된 차량(10)과 같은 차량의 BLDC 모터를 구동하기 위해 고정자 전압을 관리하도록 구성된 FOC(field-oriented control) 시스템 및 알고리즘에 관한 것이다. 아래에 설명된 FOC 시스템은 섹션 B에 설명된 모터 제어기(76)와 같은 모터 제어기의 일부이거나 커플링될 수 있다.
일반적으로 FOC는 회전자 자속에 대해 90도 방향으로 순(net) 전류 벡터를 최대화함으로써, 주어진 전류량에 대해 최대 토크가 가해지는 것을 보장(ensure)하는 데 사용된다. 이것은 두 개의 직교 성분 벡터를 제어하여 달성된다. 하나는 회전자 자속 축을 따라 가리키는 직류(id)이고, 직류 벡터에서 90도를 가리키는 직교 전류(iq)이다. 상술한 바와 같이, 직류는 자속 전류로 지칭될 수 있다.
벡터의 배향은 직교 전류를 최대화하고 직류를 최소화하는 것이 가장 효율적인 전체 순 전류 벡터를 유발한다는 것을 의미한다(즉, 회전자 자속에서 90도에서). 상술한 바와 같이, 본 개시의 모터 제어기들은 배터리가 과전압 상태의 위험에 있을 때 모터를 비효율적으로 작동시키도록 더 구성된다. 이를 위해 제어기는 카운터 기전력(CEMF)이 배터리 전압보다 클 때 직류(자속) 전류가 선택적으로 상승하도록 하여 회전자 자속(및 CEMF)를 약화시키고 비 토크 유도 벡터(non-torque-inducing vector)를 따라 과전류를 덤프(dump)한다.
도 23은 본 개시의 양상들과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 FOC 시스템(500)(FOC 방식 또는 FOC 플랫폼으로도 지칭됨)의 블록도이다. 도 24 내지 도 29는 아래에서 논의되는 다양한 벡터 전류 프레임워크를 묘사한다. 도 30 및 도 31은 FOC 시스템(500)에 의해 사용되는 예시적인 방법 또는 알고리즘(700, 800)의 단계들을 도시한다.
도 23 내지 도 25를 참조하여, 모터의 3상 전류의 각각은 인가된 고정자 전압, 즉 VU, VV, 및 VW를 제어함으로써 제어될 수 있다. 이를 위해 고정자 전류(iU, iV, 및 iW)는 일반적으로 전류 중 두 개를 측정하고 세 번째를 계산하여 측정된다. 이 세 가지 전류는 결과적인 순 전류 벡터를 결정하기 위해 함께 추가될 수 있는 벡터들로 구성된다. 따라서 세 가지 전류를 제어하면 순 전류 벡터가 제어되고, 순 전류 벡터와 회전자 자속 벡터 간의 관계는 회전자가 경험하는 토크의 양을 결정한다. 특히, 순 고정자 전류 벡터가 회전자 자속으로부터 90도일 때 최대 모터 토크가 달성된다.
이러한 유형의 제어기는 일반적으로 순 전류 벡터를 회전자 자속으로부터 90도로 유지하도록, 그리고 순 전류 벡터의 진폭을 조절함으로써 모터 토크의 양을 제어하도록 구성된다. 따라서, 제어기(예: 위치 및 속도 추정기 모듈(520))는 회전자 자속 위치를 결정하는 회전자 위치를 (예를들어, 홀 센서, 인코더, 리졸버, 센서리스 접근(sensorless approach) 등을 사용하여) 측정하고, 그 다음 제어기는 순 전류 벡터를 회전자 자속 위치에서 90도를 가리키도록 조정한다. 3개의 고정자 전압 중 어느 값을 적용할지 직접 결정하는 것보다 복잡하고 추가 구성요소가 필요하므로 시스템(500)은 먼저 순 전류 벡터를 2축 프레임워크(530)(도 26 참조)(축 α 및 β)로 클라크 변환(540)(CLARKE transformation)(당업계에 공지되어 있고 또한 전방 클라크 변환으로 지칭됨)을 사용하여 수학적으로 변환함으로써 순 전류 벡터를 단순화한다. 이 변환은 순 전류 벡터를 α, β 참조 프레임의 두 가지 구성요소인 iα 및 iβ 로 표현하게한다(도 27 참조). 이들 성분 벡터들은 이론적으로 모터를 구동하기 위해 3축 시스템(예 : 도 24에 도시된 3축 시스템(550))으로 다시 변환될 수 있는, 원하는 Vα 및 Vβ 를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러나 순 전류 벡터가 공간을 통해 회전하는 동안 α 및 β 축이 고정 기준 프레임(stationary frame of reference)을 형성하기 때문에, 추가 단순화가 가능하고 바람직하다. 이는 iα 및 iβ가 도 27에 표시된 것처럼 시간에 따라(예: 사인파형으로) 변한다는 것을 의미한다.
따라서, iα 및 iβ는 회전하는 회전자와 정렬되고 동기화되는 2차원 회전 기준 프레임(560)(도 28 참조)으로 변환된다. 이 기준 프레임에서 제1 (직접) 축 d는 회전자 자속 벡터를 따라 배향되고(즉, 직접 정렬되고), 제2 (직교) 축 q는 제1 축으로부터 90도로 배향된다. q축은 최대 토크가 발생되는 방향이다. 회전 기준 프레임의 이점은 축이 회전자에 대해 고정되어 있고 구성 요소 벡터가 이제 도 29에서와 같이 일반적으로 일정하거나 느리게 변화(slow-changing)한다는 것이다(즉, DC 전류). 이러한 단순화를 달성하기 위해, iα 및 iβ는 파크 변환(PARK Transformation)(570)(당업계에 공지되어 있고 또한 Forward 파크 변환으로도 지칭됨)을 사용하여 id 및 iq로 변환된다.
이 시점에서 id 및 iq는 순 전류 벡터를 조작하기 위해 독립적으로 핸들링(handle)될 수 있다. 0이 아닌 크기의 id는 직교(즉, 최대 토크) 방향에서 순 전류 벡터를 변경(alter)한다는 것이 분명해야 한다. 따라서 정상 동작 시 id는 일반적으로 0이 되도록 명령하고 iq는 원하는 토크에 따라 제어한다. 도 23을 계속 참조하면, 측정된 id 및 iq는 명령된 id 및 iq와 비교되고, 각각의 비례 적분(PI) 제어기 PId 및 PIq는 대응하는 Vd 및 Vq를 결정하는 데 사용된다. 그런 다음 이러한 전압 값은 이들을 다시 α, β 고정 기준 프레임으로 변환하고 마지막으로 고정자 전압들 VU, VV, 및 VW을 적용하기위해 필요한 3상 값으로 변환하기위해 역 파크 변환 및 역 클라크 변환을 수행하는 모듈(PARK-1 및 2
Figure pct00001
→3
Figure pct00002
로 표시됨)을 통해 전달된다.
질문은 명령된 id 및 iq 가 무엇이어야 하는지에 관해 남아 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 시스템(500)은 명령된 자속(직류) 전류 id, 명령된 토크(직교) 전류 iq 및 배터리 버스 전압을 취하고 과전압 상태로부터 배터리를 보호하기위해 적절한 원하는 자속 전류를 결정하는 지능형(intelligent) 회생 제어기 모듈(510)을 포함한다.
명령된 토크는 사용자/탑승자가 명령한 대로 모터의 원하는 속도와 방향에 따라 달라진다. 예를 들어, 차량(10)에서 토크 명령은 일반적으로 사용자 동작에 의해 발생하는 보드의 틸팅 각도 또는 배향을 기반으로 할 것이다. 반면에 자속 명령은 시스템이 전체 자속을 약화, 토크를 감소 및/또는 과전류를 리디렉션하는 데 필요한 양에 따라 달라진다.
이제 도 30 및 31으로 돌아가면, 모터 제어기에 의한 실행에 적합한 방법이 도시되어 있다. 예를 들어, 시스템(500)의 지능형 회생 제어기(510)는 이들 방법 중 하나 또는 둘 다를 활용할 수 있다. 시스템(500) 및/또는 차량(10)의 양상은 아래에 설명되는 방법 단계들에서 활용될 수 있다. 적절한 경우, 각각의 단계를 수행하는 데 사용할 수 있는 구성 요소들 및 시스템들을 참조할 수 있다. 이러한 참조들은 설명을 위한 것이며 방법의 특정 단계를 수행하는 가능한 방법을 제한하려는 것이 아니다.
도 30은 방법(700)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용(recite)하지 않을 수 있다. 방법(700)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 30에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
방법(700)에서, 시스템(예 : 시스템(500))은 문제의 모터에 커플링된 배터리의 배터리 버스 전압을 모니터링한다(블록 702). 여기에서는 단일 배터리가 언급되지만 배터리들 또는 배터리 셀들의 수 또는 조합이 존재할 수 있다. 배터리 전압이 완전히 충전된 정격 전압의 백분율(예를 들어, 100%, 110%)일 수 있는 선택된 과전압 문턱보다 커지면(블록 704), 예를 들어, 회생 제동 또는 CEMF가 배터리 전압보다 큰 기타 상황에서 전력이 모터에 의해 생성되고 있다고 가정될 수 있다. 이에 대한 응답으로 시스템은 자속 전류(위에서 설명한 직류 id)를 자동으로 증가시킬 수 있다. 자속 전류의 이러한 증가는 토크를 유도하지 않는 벡터를 따라 과전류를 전환하고(즉, 과전류를 "낭비(waste)") 모터 자속을 약화시키는 것 모두를 한다. 모터 자속을 약화시키면 CEMF가 낮아지고 애초에 생성되는 과전류가 줄어든다. 과전압 조건이 적용되는 동안, 자속 전류 증가는 선택된 최대 자속 약화 값에 도달할 때까지 자동으로 계속될 수 있다(블록 706).
역으로, 배터리 버스 전압이 과전압 한계(또는 문턱)보다 작은 것으로 결정되면(블록 708), 자속 전류는 자동으로 작아지거나 감소된다. 이는 정상 작동 조건에서 비효율적인 작동을 방지하기 위해 수행된다. 즉, 이 상황에서 직류를 줄이면 모터의 비효율이 줄어든다. 과전압 조건이 존재하지 않는 한, 선택된 최소 자속 약화 값(예 : 0 암페어)에 도달할 때까지 자속 전류 감소가 자동으로 계속될 수 있다(블록 710).
도 31은 방법(800)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(800)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 31에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
알고리즘(800)의 단계(802)는 전원 공급부(예 : 배터리)의 버스 전압을 과전압 한계 또는 문턱과 비교하는 것을 포함한다. 버스 전압이 한계 미만인 경우, 단계(804)는 설정점(setpoint)이 이미 0에 있지 않는 한 자속 전류 설정점을 감소시키는 것을 포함한다. 버스 전압이 한계 이상인 경우, 단계(806)는 설정점이 이미 선택된 최대 허용값에 있지 않는 한 자속 전류 설정점을 증가시키는 것을 포함한다.
단계(808)는 자속 전류 설정점을 명령된 자속 전류와 비교하는 것을 포함한다. 어느 값이든 더 높은 값이 원하는 자속 전류로써 제어기에 전달된다. 즉, 명령된 자속이 자속 설정점을 초과하면 원하는 자속이 명령된 자속으로 설정된다. 명령된 자속이 자속 설정점보다 작으면 원하는 자속이 더 높은 설정점으로 설정된다. 그 결과 과전압 상황이 진행 중인 상황에서 명령된 자속이 증가한다. 자속 설정점의 증가 및 감소는 본질적으로 반복적(iterative)일 수 있다. 일부 예에서 증가 및 감소는 실질적으로 동일한 점프들로 발생한다. 일부 예들에서, 양자(quantum) 증가는 양자 감소보다 더 커서, 자속 약화 벡터로의 전류의 리디렉션이 역 동작보다 더 빠르게 응답할 것이다.
단계(808)를 완료한 후, 알고리즘은 제어 방법을 계속하기 위해 단계(802)로 루프백(loop back)한다. 일부 예들에서, 이 루핑(looping)은 실질적으로 연속적이다. 일부 예들에서, 루프의 각각의 반복은 예를 들어 인터럽트 요청(interrupt request, IRQ)에 의해 시작(kick off)되는 인터럽트 핸들러의 경우 이벤트에 의해 트리거(trigger)된다.
D. 예시적인 역-하차(reverse-to-dismount) 방법
이 섹션은 탑승자가 쉽게 하차할 수 있도록 차량을 정지시키는 몇 가지 예시적인 방법의 단계를 설명한다. 일반적으로 시스템은 탑승자로 인해 보드가 뒤로 굴러가는 것을 감지하고 하나 이상의 제어 파라미터(예: 비례적으로)를 조정하여 자기 균형 기능에 영향을 준다. 이 효과는 문턱에 도달하고 균형이 완전히 풀리(disengage)거나 완전히 비활성화될 때까지 계속(예를 들어 증가하는 방식으로)될 수 있고, 그렇게 함으로써 탑승자를 위한 간단하고 직관적인 하차 프로세스를 용이하게 한다. 탑승자가 뒤로 몸을 기울이고 보드를 멈추게 하여 단순히 하차할 수 있는 결과를 초래할 수 있으며, 이는 특히 타는 것을 배우는 사람들에게 유리하다.
다음 방법들에 대한 추가 맥락으로써, 전술한 PID 제어 방식(일명 PID 루프)의 추가적인 양상들이 이제 해설될 것이다. 첫째, PID 제어 시스템은 균형 각도라고도 하는 주어진 기준 각도에서 보드를 유지하려고 시도함으로써 적어도 부분적으로 자기 균형을 달성할 수 있다. 바람직한 예에서, 이것은 0도 피치 각도(즉, 보드가 평평함)이다. 일부 예에서, 기준 각도는 제어 시스템이 0도와 다른 각도를 유지하려고 시도할 수 있도록 조정 가능한, 예를 들어 직접 조정 가능한 및/또는 조정 가능한 오프셋 파라미터를 사용하여 조정될 수 있다. 오프셋 균형 각도는 수동으로(예: 사용자 선호(preference)에 따라) 및/또는 자동으로(예: 아래 참조) 변경될 수 있다.
둘째, PID 제어는 비례 이득으로 알려진 튜닝 파라미터를 포함할 수 있다. 이 비례 이득 파라미터는 루프가 당시의 오류 값(예: 실제 보드 각도와 기준 또는 균형 각도의 차이)에 비례하는 출력을 생성하도록 한다. 따라서 비례 이득 상수를 변경하여 시스템의 응답을 조정할 수 있다. 주어진 오차의 변화에 대해 비례 이득 상수가 높을수록 출력의 변화가 커지고 비례 이득 상수가 작을수록 출력의 변화가 작아진다. 일부 예들에서 비례 이득 파라미터는 다른 PID 루프 파라미터와 비교하여 출력 변화의 대부분에 기여한다.
따라서, 제어 시스템은 전술한 바와 같이 허브 모터 및 모터 제어기를 포함할 수 있다. 모터 제어기는 차량의 틸팅 가능한 부분의 배향을 나타내는 배향 정보를 수신하고 방향 정보에 기초하여 허브 모터가 차량을 추진하게 하도록 구성된다. 이 섹션에서는, 다양한 방식들이 설명되고, 모터 제어러는 (a) 허브 모터가 차량을 추진하도록 명령받는 방향을 표시하는 방향 정보를 수신하고; (b) 제1 방향(즉, 후진)을 나타내는 방향 정보에 응답하여, 모터 제어기의 제1 파라미터를 자동으로 조정함으로써 배향 정보에 대한 모터 제어기의 응답을 저해(hinder)하고; 및 (c) 제1 파라미터가 제1 문턱에 도달하는 것에 응답하여, 허브 모터를 맞물림 해제 또는 비활성화하도록 구성되는 처리 로직을 포함한다.
이 일반적인 제어 방식의 다양한 실시예들이 이제 아래에 설명된 예시적인 방법들(900, 1000, 1100, 1200 및 1300)의 단계들로써 설명될 것이다(도 32 내지 도 36 참조). 상술한 차량들 및 제어들의 양상들은 이러한 방법들의 방법 단계들에서 활용될 수 있다. 적절한 경우, 각각의 단계를 수행하는 데 사용될 수 있는 구성 요소들 및 시스템들을 참조할 수 있다. 이러한 참조는 설명을 위한 것이며 방법의 특정 단계를 수행하는 가능한 방법을 제한하려는 것이 아니다.
도 32는 방법(900)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(900)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 32에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계(902)에서, 차량의 제어 시스템은 휠이 뒤로 또는 후진 방향으로 얼마나 많이 회전했는지를 결정한다. 예를 들어, 시스템은 휠이 후방 방향으로 회전할 때 홀 센서(들)(예 : 홀 센서(308))에 의해 경험되는 전이(transition)의 수를 카운트할 수 있으며, 이는 홀 전이로도 지칭된다. 모터 및/또는 휠 회전을 결정하도록 구성된 임의의 적절한 방법이 이 단계에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 휠 및/또는 모터 회전은 추정기 또는 인코더에 의해 결정될 수 있다.
후방 및 전방의 지정(designation)은 미리 결정될 수 있고, 수동으로 설정될 수 있으며, 및/또는 차량의 이전 작동에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다(예를 들어, 본 탑승 에피소드 동안). 일부 예들에서 이 지정은 비활성화되어서 (예를들어, 동일한 제어로 양방향으로 가고자 하는 전문 탑승자에 의해) 본 방법도 비활성화될 수 있다. 후방 방향의 홀 전이 수를 결정함으로써 시스템은 모터/휠이 이동한 거리를 (예를들어, 각도로) 표시한다.
방법(900)의 단계(904)는 단계(902)에서 결정된 홀 전이의 수 (또는 후방회전 양의 다른 표시기)에 비례하는 (또는 그렇지 않으면 대응하는) 균형 각도 오프셋 파라미터(일명 오프셋 균형 각도)를 조정(즉, 감소)하는 단계를 포함한다. 이 오프셋은 뒤 방향이다. 즉, 조정 후 시스템은 보드의 "후미(tail)" 단부가 전면 단부보다 낮은 각도에서 균형을 유지하려고 시도할 수 있다.
방법(900)의 단계(906)는 균형 각도 오프셋 파라미터를 문턱(예를 들어, 오프셋 문턱)과 비교하는 단계를 포함한다. 오프셋 파라미터가 문턱을 초과하면 예를 들어 모터를 풀거나 끄도록 지시하여 모터가 비활성화된다. 일부 예에서, 회전자는 예를 들어 비-정류(non-commutating) 전류를 인가함으로써 로킹될 수 있다. PID 루프는 다중 패스(pass)들을 초래할 수 있음을 유의해야하며, 각각의 패스는 단계들(902, 904)을 반복하고 결과 오프셋을 문턱과 비교하는 것을 포함한다. 모터가 비활성화되면 탑승자는 예기치 않은 움직임에 대한 걱정 없이 보드에서 자유롭게 벗어날 수 있다.
방법(900)의 단계(908)는 탑승자가 보드를 전방 방향으로 기울이게 하는 것에 응답하여 오프셋 균형 각도를 리셋하고 정상적인 자기 균형 작동을 재개하는 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 단계(908)의 전방 기울기 각도는 문턱 및 후속(subsequent) 모터 셧다운(shutdown)을 획득하기 전(before)을 포함하여 임의의 지점에서 오프셋 균형 각도를 리셋할 것이다. 일부 예들에서, 보드가 전방으로 기울어지게 하는 것은 보드를 평평(즉, 0도 피치)하게 만드는 것을 포함할 수 있다.
도 33은 방법(1000)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(1000)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 33에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계(1002)에서, 차량의 제어 시스템은 단계(902)와 유사하게 휠이 역방향 또는 뒤 방향으로 얼마나 많이 회전했는지를 결정한다. 예를 들어, 시스템은 휠이 뒤 방향으로 회전할 때, 홀 전이라고도 지칭되는 홀 센서(들)(예 : 홀 센서(308))에 의해 경험되는 전이들의 수를 카운트할 수 있다. 모터 및/또는 휠 회전을 결정하도록 구성된 임의의 적절한 방법이 이 단계에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 휠 및/또는 모터 회전은 추정기 또는 인코더에 의해 결정될 수 있다.
후방 및 전방의 지정(designation)은 미리 결정될 수 있고, 수동으로 설정될 수 있으며, 및/또는 차량의 이전 작동에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다(예를 들어, 본 탑승 에피소드 동안). 일부 예들에서 이 지정은 비활성화되어서 (예를들어, 동일한 제어로 양방향으로 가고자 하는 전문 탑승자에 의해) 본 방법도 비활성화될 수 있다. 후방 방향의 홀 전이 수를 결정함으로써 시스템은 모터/휠이 이동한 거리를 (예를들어, 각도로) 표시한다.
방법(1000)의 단계(1004)는 균형(일명 균형 비례 이득)과 관련된 비례 이득 파라미터를 조정(즉, 감소)하는 것을 포함한다. 단계(904)에서 오프셋을 조정할 때와 같이, 이 조정은 단계(1002)에서 결정된 홀 전이의 수(또는 후방 회전량의 다른 표시기)에 비례(또는 그렇지 않으면 대응)한다. 위에서 설명한 것처럼 비례 이득 상수를 줄이면 제어 시스템의 응답성이 떨어진다. 계속해서 그렇게 하면 시스템이 점차적으로 덜 반응하게 될 것이다. 즉, 탑승자는 보드의 후미가 지면에 닿을 때까지 보드 응답이 점차 약해지는 느낌을 경험할 수 있다.
방법(1000)의 단계(1006)는 균형 비례 이득 파라미터를 다른 문턱(예를 들어, 이득 문턱)과 비교하는 단계를 포함한다. 비례 이득이 문턱보다 작으면 예를 들어 모터를 풀거나 끄도록 지시하여 모터가 비활성화된다. 일부 예들에서, 회전자는 예를 들어 비-정류 전류를 인가함으로써 로킹될 수 있다. PID 루프는 각각의 단계들(1002, 1004)을 반복하고 결과 이득을 문턱과 비교하는 것을 포함하는 다중 패스들을 초래할 수 있음을 유의해야한다. 모터가 비활성화되면 탑승자는 예기치 않은 움직임에 대한 걱정 없이 보드에서 자유롭게 벗어날 수 있다.
방법(1000)의 단계(1008)는 탑승자가 보드를 전방 방향으로 기울이게 하는 것에 응답하여, 비례 이득을 리셋하고 정상적인 자기 균형 동작을 재개하는 것을 포함한다. 일부 예에서, 단계(1008)의 전방 기울기 각도는 문턱 및 후속 모터 셧다운을 획득하기 전을 포함하여 임의의 지점에서 비례 이득을 리셋할 것이다. 일부 예들에서, 보드가 전방으로 기울어지게 하는 것은 보드를 평평(즉, 0도 피치)하게 만드는 것을 포함할 수 있다.
도 34는 방법(1100)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이고, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(1100)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 34에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계 1102에서, 차량의 제어 시스템은 보드 각도를 결정하고 보드가 뒤 또는 후방 방향(즉, 테일-다운)으로 틸팅된 것을 인식한다. 후방 및 전방의 지정은 미리 결정될 수 있고, 수동으로 설정될 수 있으며, 및/또는 차량의 이전 작동에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다(예를 들어, 본 탑승 에피소드 동안). 일부 예들에서 이 지정은 비활성화되어서 (예를들어, 동일한 제어로 양방향으로 가고자 하는 전문 탑승자에 의해) 본 방법도 비활성화될 수 있다.
방법(1100)의 단계(1104)는 균형(일명 균형 비례 이득)과 관련된 비례 이득 파라미터를 조정(즉, 감소)하는 것을 포함한다. 단계들(904, 1004)에서 오프셋을 조정할 때와 유사하게, 이 조정은 단계(1102)에서 결정된 보드 각도에 비례(또는 그렇지 않으면 대응)한다. 위에서 설명한 바와 같이, 비례 이득 상수를 줄이는 것은 제어 시스템의 응답성이 떨어진다. 계속해서 그렇게 하면 시스템이 점차적으로 덜 반응하게 될 것이다. 이 예에서 탑승자는 탑승자가 후미를 아래로 내릴 수 있을 때까지 반대 방향으로 보드 제어가 약해지는 것을 경험할 수 있다.
방법(1100)의 단계(1106)는 균형 비례 이득 파라미터를 문턱(예를 들어, 이득 문턱)과 비교하는 단계를 포함한다. 비례 이득이 문턱보다 작으면 예를 들어 모터를 풀거나 끄도록 지시하여 모터가 비활성화된다. 일부 예에서, 회전자는 예를 들어 비-정류 전류를 인가함으로써 로킹될 수 있다. PID 루프는 다중 패스들을 초래할 수 있음을 유의해야하며, 각각의 패스는 단계들(1102, 1104)을 반복하고 결과 이득을 문턱과 비교하는 것을 포함한다. 모터가 비활성화되면 탑승자는 예기치 않은 움직임에 대한 걱정 없이 보드에서 자유롭게 벗어날 수 있다.
방법(1100)의 단계(1108)는 탑승자가 보드를 전방 방향으로 기울이게 하는 것에 응답하여, 비례 이득을 리셋하고 정상적인 자기 균형 동작을 재개하는 것을 포함한다. 일부 예에서, 단계(1108)의 전방 기울기 각도는 문턱 및 후속 모터 셧다운을 획득하기 전을 포함하여 임의의 지점에서 비례 이득을 리셋할 것이다. 일부 예에서, 보드가 전방으로 기울어지게 하는 것은 보드를 평평(즉, 0도 피치)하게 만드는 것을 포함할 수 있다.
도 35는 방법(1200)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이고, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(1200)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 35에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계 1202에서, 차량의 제어 시스템은 홀 전이가 후방 방향으로 있는지인식함으로써 (또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용함으로써) 그리고 그것이 얼마나 지속되는지를 측정함으로써 탑승자가 보드를 후방으로 얼마나(예 : 밀리세컨드) 롤링했는지를 결정한다. 후방 및 전방의 지정은 미리 결정될 수 있고, 수동으로 설정될 수 있으며, 및/또는 차량의 이전 작동에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다(예를 들어, 현재 승차 에피소드 동안). 일부 예들에서 이 지정은 비활성화되어서 (예를들어, 동일한 제어로 양방향으로 가고자 하는 전문 탑승자에 의해) 본 방법도 비활성화될 수 있다.
방법(1200)의 단계(1204)는 단계(1202)에서 결정된, 뒤 방향으로 진행하는 시간의 길이(즉, 지속시간)에 비례하는(또는 그렇지 않으면 대응하는) 균형 각도 오프셋 파라미터(일명 오프셋 균형 각도)를 조정(즉, 감소)하는 단계를 포함한다. 이 오프셋은 뒤 방향이다. 즉, 조정 후 시스템은 보드의 "후미" 단부가 전면 단부보다 낮은 각도에서 균형을 유지하려고 시도할 수 있다.
방법(1200)의 단계(1206)는 제1 문턱(예 : 오프셋 문턱)에 대해 균형 각도 오프셋 파라미터를 비교하는 단계 및 제2 문턱(예 : 지속시간 문턱)과 역으로 이동하는 지속시간을 비교하는 단계를 포함한다. 오프셋 파라미터와 지속 시간 중 하나 또는 모두가 각각의 문턱을 초과하면 예를들어 예를 들어 모터를 풀거나 끄도록 지시하여 모터가 비활성화된다. 일부 예들에서, 회전자는 예를 들어 비-정류 전류를 인가함으로써 로킹될 수 있다. PID 루프는 다중 패스를 초래할 수 있음을 유의해야하며, 각각의 패스는 단계들(1202, 1204)을 반복하고 결과 기간 및 오프셋을 문턱과 비교하는 것을 포함한다. 모터가 비활성화되면 탑승자는 예기치 않은 움직임에 대한 걱정 없이 보드에서 자유롭게 벗어날 수 있다.
방법(1200)의 단계(1208)는 탑승자가 보드를 전방 방향으로 기울이게 하는 것에 응답하여 오프셋 균형 각도를 리셋하고 정상적인 자기 균형 작동을 재개하는 것을 포함한다. 일부 예들에서, 단계(1208)의 전방 경사각은 문턱 및 후속 모터 셧다운을 획득하기 전을 포함하여 임의의 지점에서 오프셋 균형 각도를 리셋할 것이다. 일부 예들에서, 보드가 전방으로 기울어지게 하는 것은 보드를 평평(즉, 0도 피치)하게 만드는 것을 포함할 수 있다.
도 36은 방법(1300)에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계를 인용하지 않을 수 있다. 방법(1300)의 다양한 단계들이 아래에 설명되고 도 36에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없으며, 어떤 경우에는 동시에 또는 도시된 순서와 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계(1302)에서, 차량의 제어 시스템은 보드 각도를 결정하고 보드 각도가 뒤 또는 후방 방향(즉, 테일-다운)에 해당하는지 여부를 결정한다. 후방 및 전방의 지정은 미리 결정될 수 있고, 수동으로 설정될 수 있으며, 및/또는 차량의 이전 작동에 기초하여 동적으로 결정될 수 있다(예를 들어, 현재 승차 에피소드 동안). 일부 예들에서 이 지정은 비활성화되어서 (예를들어, 동일한 제어로 양방향으로 가고자 하는 전문 탑승자에 의해) 본 방법도 비활성화될 수 있다.
방법(1300)의 단계(1304)는 균형(일명 균형 비례 이득)과 관련된 비례 이득 파라미터를 조정(즉, 감소)하는 것을 포함한다. 이 조정은 단계(1302)에서 결정된 보드 각도에 비례(또는 그렇지 않으면 대응)한다. 위에서 설명된 바와 같이, 비례 이득 상수를 줄이는 것은 제어 시스템의 응답성을 떨어지게 한다. 계속해서 그렇게 하면 시스템이 점차적으로 덜 반응하게 될 것이다.
방법(1300)의 단계(1306)는 보드 각도를 문턱(예를 들어, 틸트 문턱)과 비교하는 것을 포함한다. 보드 각도가 문턱을 초과하면 예를 들어 모터를 풀거나 끄도록 지시하여 모터가 비활성화된다. 일부 예들에서, 회전자는 예를 들어 비-정류 전류를 인가함으로써 로킹될 수 있다. PID 루프는 다중 패스들을 초래할 수 있음을 유의해야하며, 각각의 패스는 단계들(1302, 1304)을 반복하고 결과 이득을 문턱과 비교하는 것을 포함한다. 모터가 비활성화되면 탑승자는 예기치 않은 움직임에 대한 걱정 없이 보드에서 자유롭게 벗어날 수 있다.
방법(1300)의 단계(1308)는 탑승자가 보드를 전방 방향으로 기울이게 하는 것에 응답하여, 비례 이득을 리셋하고 정상적인 자기 균형 동작을 재개하는 것을 포함한다. 일부 예에서, 단계(1308)의 전방 기울기 각도는 문턱 및 후속 모터 셧다운을 획득하기 전을 포함하여 임의의 지점에서 비례 이득을 리셋할 것이다. 일부 예에서, 보드가 전방으로 기울어지게 하는 것은 보드를 평평(즉, 0도 피치)하게 만드는 것을 포함할 수 있다.
E. 예시적인 조합들 및 추가 예들
이 섹션은 여기에 설명된 차량들 및 제어 시스템들의 추가 양상들 및 특징들을 설명하고, 일련의 단락들로 제한 없이 제시되며, 그 일부 또는 전부는 명확성과 효율성을 위해 영숫자(alphanumerically)로 지정될 수 있다. 이들 단락들의 각각은 하나 이상의 다른 단락, 및/또는 상호 참조에 참조로 통합된 자료를 포함하여 본 원의 다른 곳으로부터의 개시와 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 아래 단락들 중 일부는 다른 단락들을 명시적으로 참조하고 추가로 제한하며, 이에 제한되지 않는 일부 적합한 조합의 예를 제공한다.
A0. 공통의 회전축을 갖는 하나 이상의 휠;
제1 단부 및 제2 단부를 갖는 보드로서, 상기 하나 이상의 휠의 상기 축을 중심으로 틸팅가능한 보드;
하나 이상의 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터; 및
상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하고 상기 배향 정보에 기초하여 상기 허브 모터가 상기 보드를 추진하게 하도록 구성된 모터 제어기;
를 포함하고,
상기 모터 제어기는,
상기 허브 모터가 상기 보드를 추진하도록 명령받는 방향을 표시하는 방향 정보를 수신;
제1 방향을 표시하는 방향 정보에 응답하여, 상기 모터 제어기의 제1 파라미터를 자동으로 조정함으로써 방향 정보에 대한 모터 제어기의 응답성을 저해; 및
상기 제1 파라미터가 제1 문턱에 도달하는 것에 응답하여 상기 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 로킹 또는 허브 모터 끄기);
하도록 구성되는 처리 로직을 포함하는,
자기 균형 전기 차량.
A1. 단락 A0에 있어서, 상기 방향 정보는 다양한 크기를 갖고, 상기 제1 파라미터는 상기 방향 정보의 크기에 비례하여 자동으로 조정되는 차량.
A2. 단락 A0 또는 A1에 있어서, 상기 차량은 정확히 하나의 휠을 갖고, 상기 보드는 상기 보드의 이동 방향에 일반적으로 수직으로 배향된 탑승자의 왼발 또는 오른발을 수용하도록 각각 구성된 제1 및 제2 데크 부분을 포함하고, 정확히 하나의 휠이 제1 및 제2 데크 부분들 사이에 배치되고 그 위로 연장하는 차량.
A3. 단락 A0 내지 A2 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기의 PID(proportional-integral-derivative) 루프는 상기 보드의 선택된 균형 각도를 유지하도록 구성되고, 상기 제1 파라미터는 균형 각도 오프셋을 포함해서, 상기 균형 각도 오프셋을 조정하는 것은 상기 모터 제어기가 상이한 균형 각도를 유지하려고 시도하는 것을 효과적으로 야기하는 차량.
A4. 단락 A0 내지 A3 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기의 PID(proportional-integral-derivative) 루프는 실제 보드 각도와 기준 각도 사이의 오차에 비례하는 출력을 생성하도록 구성되고, 상기 제1 파라미터는 비례 이득 상수를 포함해서 상기 비례 이득 상수를 조정하는 것은 상기 오차에 대한 상기 PID 루프의 응답성을 변경하는 차량.
A5. 단락 A0 내지 단락 A4 중 어느 하나에 있어서, 처리 로직은:
제1 방향으로 이동하는 데 소요된 기간을 결정 및 지속 시간이 지속 시간 문턱에 도달하면 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 잠금 또는 허브 모터 끄기)하도록 추가로 구성되는 차량.
A6. 단락 A0 내지 단락 A5 중 어느 하나에 있어서, 상기 방향 정보는 휠 회전 정보를 포함하는 차량.
A7. 단락 A6에 있어서, 하나 이상의 휠은 적어도 하나의 홀 센서를 포함하고, 상기 휠 회전 정보는 상기 적어도 하나의 홀 센서로부터 수신된 홀 전이의 카운트를 포함하는 차량.
A8. 단락 A7의 차량에 있어서, 상기 제1 파라미터는 홀 전이의 상기 카운트에 대해 비례적으로 조정되는 차량.
A9. 단락 A0 내지 단락 A8 중 어느 하나에 있어서, 상기 방향 정보는 평평한 배향에 대한 상기 보드의 방향적 배향을 포함하는 차량.
A10. 단락 A0 내지 단락 A9 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 방향은 후방으로 정의되고 사용자 선택 가능(user-selectable)한 차량.
A11. 단락 A0 내지 단락 A10 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 로직은,
제2 방향을 표시하는 방향 정보에 응답하여, 상기 제1 파라미터를 리셋하고 상기 모터 제어기의 균형 작동을 재개하도록 추가로 구성되는 차량.
A12. 단락 A11에 있어서, 상기 허브 모터는 보드 배향이 평평할 때까지 비활성화 상태(예를 들어, 오프 또는 로킹 상태)로 유지되는 차량.
B0. 전기 차량의 제어 시스템에 있어서,
차량의 휠에 커플링되도록 구성되는 허브 모터; 및
상기 차량의 틸팅 가능한 부분의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하고 배향 정보에 기초하여 상기 허브 모터가 상기 차량을 추진하게 하도록 구성된 모터 제어기;
를 포함하고,
상기 모터 제어기는,
상기 허브 모터가 상기 차량을 추진하도록 명령받는 방향을 표시하는 방향 정보를 수신하도록;
제1 방향을 나타내는 상기 방향 정보에 응답하여, 상기 모터 제어기의 제1 파라미터를 자동으로 조정함으로써 상기 배향 정보에 대한 상기 모터 제어기의 응답성을 저해하도록; 그리고
제1 파라미터가 제1 문턱에 도달하는 것에 응답하여 상기 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 잠금 또는 허브 모터 끄기)하도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는,
제어 시스템.
B1. B0의 제어 시스템에서, 상기 방향 정보는 가변 크기를 갖고, 상기 제1 파라미터는 상기 방향 정보의 크기에 비례하여 자동으로 조정되는 제어 시스템.
B2. 단락 B0 또는 B1에 있어서, 상기 모터 제어기의 PID(proportional-integral-derivative) 루프는 상기 차량의 틸팅 가능한 부분의 선택된 균형 각도를 유지하도록 구성되고, 상기 제1 파라미터는 균형 각도 오프셋을 포함하여, 상기 균형 각도 오프셋을 조정하는 것은 상기 모터 제어기가 상이한 균형 각도를 유지하려고 시도하는 것을 효과적으로 야기하는 차량.
B3. 단락 B0 내지 B2 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기의 PID(proportional-integral-derivative) 루프는 상기 틸팅 가능한 부분의 실제 각도와 기준 각도 사이의 오차에 비례하는 출력을 생성하도록 구성되고, 상기 제1 파라미터는 비례 이득 상수를 포함할 수 있어서, 상기 비례 이득 상수를 조정하는 것은 오류에 대한 PID 루프의 응답성을 변경시키는 차량.
B4. 단락 B0 내지 단락 B3 중 어느 하나에 있어서, 처리 로직은,
상기 제1 방향으로 이동하는 데 소요된 기간을 결정; 및
상기 지속 시간이 지속 시간 문턱에 도달하는 것에 응답하여, 상기 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 로킹 또는 허브 모터 끄기);
하도록 추가로 구성되는 차량.
B5. 단락 B0 내지 단락 B4 중 어느 하나에 있어서, 상기 방향 정보는 휠 회전 정보를 포함하는 차량.
B6. 단락 B5에 있어서, 상기 차량의 상기 휠은 적어도 하나의 홀 센서를 포함하고, 상기 휠 회전 정보는 상기 적어도 하나의 홀 센서로부터 수신된 홀 전이의 카운트를 포함하는 차량.
B7. 단락 B6에 있어서, 상기 제1 파라미터는 홀 전이의 상기 카운트에 대해 비례적으로 조정되는 차량.
B8. 단락 B0 내지 단락 B7 중 어느 하나에 있어서, 상기 방향 정보는 평평한 배향에 대한 상기 틸팅 가능한 부분의 방향적 배향을 포함하는 차량.
B9. 단락 B0 내지 단락 B8 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 방향은 후방으로 정의되고 사용자 선택 가능한 차량.
B10. 단락 B0 내지 단락 B9 중 어느 하나에 있어서, 상기 처리 로직은,
제2 방향을 표시하는 방향 정보에 응답하여, 상기 제1 파라미터를 리셋하고 상기 모터 제어기의 균형 작동을 재개하도록 추가로 구성되는 차량.
B11. 단락 B10에 있어서, 상기 허브 모터는 보드 배향이 평평할 때까지 비활성화 상태(예를 들어, 오프 또는 로킹 상태)로 유지되는 차량.
C0. 영구 자석 모터에 의해 구동되는 하나 이상의 휠을 가진 전기 차량으로서, 상기 차량은 제동을 위해 상기 모터를 사용하고, 상기 시스템에 과전압 손상를 방지하기 위해 상기 차량이 전력을 회생할 때 초과 전력을 처리하기 위해 새로운 기술이 구현되는 제어 시스템을 포함하는 전기 차량. 상기 새로운 기술은 배터리가 완전히 충전되어 더 이상 회생된 전력을 안전하게 흡수할 수 없을 때 모터를 의도적으로 비효율적으로 작동시킴으로써 에너지를 처분한다.
C1. C0의 기술은 급제동(hard braking)/내리막 시나리오들에서 배터리 셀의 최대 충전 속도를 초과하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
D0. 내리막길이나 정지할 때 제동 토크를 제공하는 모터를 구비하는 자기 균형 차량에 있어서, 배터리가 거의 완전히 충전되었을 때 시스템 손상 위험을 줄이거나 갑자기 꺼지는 결과를 가져오는 제어 시스템을 갖춘 차량. 이는 자가 균형 차량이 더 빠른 속도로 내리막을 주행하고 시스템 손상 위험과 탑승자 부상 위험이 적으면서 빠르게 정지할 수 있게 한다.
E0. 일부 실시예들에서, 자속 및 토크 전류가 독립적으로 조작되도록 하는 FOC(field-oriented control)에서 모터를 구동하는 영구 자석 모터(BLDC) 제어 기술이 제공된다. 모터 자속은 역기전력 전압을 감소시키는 방식으로 제어될 수 있으며, 이는 회생 전류를 감소시킨다. 역기전력을 감소시키는 것 외에도 이 프로세스는 모터의 자속 영역에 전류를 흐르게 함으로써 프로세스에서 과도한 에너지를 낭비하고 또한 회생된 전력을 처분한다.
F0. 여기에 설명된 제어 기술은 회생 전력을 줄이거나 제거하면서 제동 토크를 계속 유지하는 방식으로 영구 자석 모터를 구동하여, 탑승자가 시스템 전압을 높이지 않고 상기 제어 시스템 및 배터리 팩에 손상 없이 더 빠른 속도로 내리막길을 계속하고/하거나 빠르게 멈출 수 있게 한다.
G0. 본 개시의 양상들은 또한 기계적 브레이크들(전기 자전거, 오토바이, 차량 등)를 구비하지만 높은 충전 상태에서도 회생 제동을 사용하고자 하는 시스템과 관련될 수 있다.
H0. 전기 차량의 제어 시스템에 있어서,
전원 공급부;
상기 전원 공급부에 커플링된 전기 모터; 및
회전하는 회전자 자속 각도와 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도에서 정의된 직교 전류를 조작함으로써 전기 모터를 제어하도록 구성된 FOC(field-oriented control) 방식을 갖는 모터 제어기;
를 포함하고,
상기 직류의 조작은 직교 전류의 조작과 무관하고,
상기 모터 제어기는,
상기 전원 공급부의 버스 전압을 전압 문턱과 비교함으로써 상기 전기 모터의 역기전력(CEMF)이 전원 공급부의 전압을 초과하는지 여부를 결정하도록; 및
상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 큰 것에 응답하여 상기 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 상기 직류를 자동으로 증가시킴으로써 상기 CEMF를 감소시키도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는,
제어 시스템.
H1. H0의 제어 시스템에 있어서, 상기 모터 제어기의 상기 처리 로직은,
상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 큰 동안 자동으로 상기 모터의 직류를 계속 증가시키도록; 그리고
상기 직류가 직류 문턱에 도달하는 것에 응답하여 직류 증가를 자동으로 중지시키도록;
추가로 구성되는 제어 시스템.
H2. 단락 H0 내지 단락 H1 중 어느 하나에 있어서, 상기 직류를 자동으로 증가시키는 단계는,
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 증가시키는 단계;
기존(existing) 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는, 제어 시스템.
H3. 단락 H0 내지 단락 H2 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기의 상기 처리 로직은, 상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 작고 직류가 0보다 큰 것에 응답하여, 자동으로 직류를 감소시킴으로써 모터의 비효율성을 감소시키도록 추가로 구성되는 제어 시스템.
H4. H3의 제어 시스템에 있어서, 상기 직류를 자동으로 감소시키는 단계는,
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 감소시키는 단계;
기존 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는 제어 시스템.
H5. 단락 H0 내지 H4 중 어느 하나에 있어서, 상기 전원 공급부는 리튬 이온 배터리를 포함하는 제어 시스템.
H6. 제1항에 있어서, 상기 전기 모터는 차량의 휠을 회전시키도록 구성된 허브 모터를 포함하는 제어 시스템.
참고: 문자 "I"로 시작하는 단락 레이블은 숫자 "1"과의 혼동을 피하기 위해 의도적으로 건너뛴다.
J0. 하나 이상의 휠;
전원 공급부에 커플링되고 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터; 및
회전하는 회전자 자속 각도에 따라 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도로 정의된 직교 전류를 조작함으로써 전기 허브 모터를 제어하도록 구성된 FOC(field-oriented control) 방식을 갖는 모터 제어기;
를 포함하고,
상기 직류의 조작은 상기 직교 전류의 조작과 무관하고,
상기 모터 제어기는,
상기 전원 공급부의 버스 전압을 전압 문턱과 비교함으로써 상기 전기 모터의 역기전력(CEMF)이 전원 공급부의 전압을 초과하는지 여부를 결정하도록; 및
상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 큰 것에 응답하여 상기 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 상기 직류를 자동으로 증가시킴으로써 상기 CEMF를 감소시키도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는,
제어 시스템.
J1. J0의 차량에 있어서, 상기 차량이 정확히 하나의 휠을 갖는 차량.
J2. J1의 차량에 있어서, 상기 차량은 자기 균형 전기 스케이트보드를 포함하고, 상기 스케이트보드는,
보드의 이동 방향에 대체로 수직으로 배향된 탑승자의 왼발 또는 오른발을 각각 수용하도록 구성된 제1 및 제2 데크 부분을 포함하는 보드;
상기 제1 및 제2 데크 부분들 사이에 배치되고 그 위로 연장하는 정확히 하나의 휠을 포함하는 휠 어셈블리 - 상기 전기 허브 모터는 상기 스케이트보드를 추진하기 위해 차축 주위로 휠을 회전시키도록 구성됨 -; 및
상기 보드의 배향 정보를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서;
를 포함하고,
상기 모터 제어기는 상기 센서에 의해 측정된 배향 정보를 수신하고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 스케이트보드를 추진하게 하도록 추가로 구성되는,
차량.
J3. 단락 J0 내지 단락 J2 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기의 상기 처리 로직은,
상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 큰 동안 자동으로 상기 모터의 상기 직류를 계속 증가시키도록; 그리고
직류 문턱에 도달하는 상기 직류에 응답하여 상기 직류 증가를 자동으로 중지시키도록;
구성되는 차량.
J4. 단락 J0 내지 단락 J3 중 어느 하나에 있어서, 상기 직류를 자동으로 증가시키는 단계는:
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 증가시키는 단계;
기존 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는, 제어 시스템.
J5. 단락 J0 내지 J4 중 어느 하나에 있어서, 기 모터 제어기의 상기 처리 로직은, 상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 작고 직류가 0보다 큰 것에 응답하여, 자동으로 직류를 감소시킴으로써 모터의 비효율성을 감소시키도록 추가로 구성되는 제어 시스템.
J6. J5의 제어 시스템에 있어서, 상기 직류를 자동으로 감소시키는 단계는,
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 감소시키는 단계;
기존 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는 제어 시스템.
K0. 회생 제동 동안 전기 차량의 전원 공급부 손상 방지 방법에 있어서,
회전하는 회전자 자속 각도에 따라 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도로 정의된 직교 전류를 조작함으로써 전기 허브 모터를 제어하도록 구성된 FOC(field-oriented control) 방식을 갖는 모터 제어기를 사용하는 전기 모터를 제어하는 단계, - 상기 직류의 조작은 상기 직교 전류의 조작과 무관함 -;
상기 전기 모터의 역기전력(CEMF)이 상기 전원 공급부의 전압을 초과하는지 여부를 결정하기 위해 상기 모터 제어기의 처리 로직을 사용하는 단계; 및
상기 전원 공급부의 상기 전압을 초과하는 상기 전기 모터의 상기 CEMF에 응답하여 상기 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 상기 직류를 자동으로 증가시킴으로써 상기 CEMF를 감소시키는 단계;
를 포함하는 방법.
K1. K0에 있어서, 상기 전기 모터의 상기 CEMF가 상기 전원 공급부의 상기 전압을 초과하는지 여부를 결정하는 단계는 상기 전원 공급부의 버스 전압을 전압 문턱과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
K2. K0 또는 K1에 있어서, 상기 전기 모터의 상기 CEMF가 상기 전원 공급부의 상기 전압을 초과하는 동안, 상기 직류가 직류 문턱에 도달할 때까지 상기 모터의 상기 직류를 자동으로 계속 증가시키는 단계를 더 포함하는 방법.
K3. 단락 K0 내지 단락 K2 중 어느 하나에 있어서, 상기 직류를 자동으로 증가시키는 단계는:
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 증가시키는 단계;
기존 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는 방법.
K4. 단락 K0 내지 단락 K3 중 어느 하나에 있어서, 상기 전기 모터의 상기 CEMF가 상기 전원 공급부의 상기 전압보다 낮고 상기 직류가 0보다 큰 것에 응답하여, 자동으로 상기 직류를 감소시킴으로써 상기 모터의 비효율성을 감소시키는 단계를 더 포함하는 방법.
K5. K4에 있어서, 상기 직류를 자동으로 감소시키는 단계는:
상기 모터 제어기의 자속 설정점을 선택된 양만큼 감소시키는 단계;
기존 자속 명령을 상기 자속 설정점과 비교하는 단계; 및
상기 기존 자속 명령과 상기 자속 설정점 중 더 높은 값으로 직류를 조정하는 단계;
를 포함하는 방법.
L0. 공통의 회전축을 갖는 하나 이상의 휠;
제1 단부 및 제2 단부를 갖는 보드로서, 상기 하나 이상의 휠의 상기 축을 중심으로 틸팅가능한 보드;
전원 공급부에 커플링되고 상기 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터;
상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 그리고 상기 배향 정보에 기초하여 상기 허브 모터가 상기 보드를 추진하게 하도록 구성되는 모터 제어기; 및
힌지에 의해 상기 보드의 프레임에 피벗 가능하게 커플링된 핸들로서, 상기 핸들의 그립 부분의 원위 단부가 상기 허브 모터에 인접하는 수납 형태 및 상기 핸들의 상기 그립 부분의 상기 원위 단부가 상기 허브 모터로부터 멀어지게 연장하는 전개 형태 사이에서 전환 가능한 핸들;
을 포함하는,
자기 균형 전기 차량.
L1. 단락 L0에 있어서, 상기 핸들은 일반적으로 상기 힌지로부터 제1 방향으로 연장하고, 상기 핸들은 상기 힌지로부터 제2 방향으로 연장하는 래칭 탭을 더 포함하고, 상기 래칭 탭은 상기 수납 형태에서 상기 핸들을 유지하도록 편향되는 차량.
L2. 단락 L1에 있어서, 상기 래칭 탭은 상기 보드의 일 부분을 향해 편향된 제1 자석을 포함하는 차량.
L3. 단락 L2에 있어서, 상기 보드의 상기 일 부분은 상기 제1 자석을 끌어당기도록 구성된 제2 자석을 포함하는 차량
L4. 단락 L1에 있어서, 상기 보드의 상기 일 부분은 상기 허브 모터의 차축을 상기 차량의 프레임에 시큐어링하는 장착 블록을 포함하는 차량.
L5. 단락 L0 내지 단락 L4 중 어느 하나에 있어서, 상기 핸들은 굴곡진 그립 부분을 포함하는 차량.
L6. 단락 L5에 있어서, 상기 핸들이 수납 형태에 있을 때 상기 그립 부분의 근위 단부는 상기 허브 모터로부터 멀어지는 각도를 이루고 상기 그립 부분의 상기 원위 단부는 수직(upright) 배향으로 굴곡지는 차량.
L7. 단락 L0 내지 단락 L6 중 어느 하나에 있어서, 상기 핸들은 상기 허브 모터의 차축과 상기 보드의 상기 프레임 사이에 배치된 장착 블록에 힌지식으로 커플링되는 차량.
L8. 단락 L0 내지 단락 L7 중 어느 하나에 있어서, 상기 핸들은 상기 허브 모터와 전기적으로 인터로킹되어서, 상기 핸들이 상기 수납 형태에 있지 않을 때 상기 모터 제어기가 상기 허브 모터를 비활성화하는 차량.
L9. 단락 L0 내지 단락 L8 중 어느 하나에 있어서, 상기 핸들은 탄성 재료로 오버몰딩된 금속을 포함하는 차량.
L10. 단락 L0 내지 단락 L9 중 어느 하나에 있어서, 상기 핸들의 상기 원위 단부는 아래쪽으로 피벗팅하도록 구성되는 차량.
L11. 단락 L0 내지 L10 중 어느 하나에 있어서, 상기 차량은 정확히(즉, 오직) 하나의 휠을 포함하는 차량.
L12. 단락 L11에 있어서, 상기 휠은 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 개구에 배치되고 상기 보드의 위 및 아래로 연장하는 차량.
M0. 공통의 회전축을 갖는 하나 이상의 휠;
제1 단부 및 제2 단부를 갖는 보드로서, 상기 하나 이상의 휠의 상기 축을 주위로 틸팅가능한 보드;
전원 공급부에 커플링되고 상기 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터;
상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 그리고 상기 배향 정보에 기초하여 상기 허브 모터가 상기 보드를 추진하게 하도록 구성되는 모터 제어기; 및
상기 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기들(예 : LED 어레이(예 : LED의 1차원 선형 어레이))를 포함하는 상태 표시기;
를 포함하는,
자기 균형 전기 차량.
M1. 단락 M0에 있어서, 상기 상태 표시기는 상기 전원 공급부의 상태를 표시하도록 구성되는 차량.
M2. 단락 M1에 있어서, 상기 전원 공급부는 배터리를 포함하고, 표시된 상기 상태는 상기 배터리의 충전 레벨인 차량.
M3. 단락 M0 내지 M2 중 어느 하나에 있어서, 상기 상태 표시기는 상기조명기들로부터 상이한 색상의 광을 방출함으로써 적어도 부분적으로 정보를 전달하도록 구성되는 차량.
M4. 단락 M0 내지 단락 M3 중 어느 하나에 있어서, 상기 상태 표시기는 상이한 수의 상기 조명기들에 의해 적어도 부분적으로 정보를 전달하도록 구성되는 차량.
M5. 단락 M0 내지 단락 M4 중 어느 하나에 있어서, 상기 슬롯은 상기 보드의 2개의 상이한 구성요소들에서 대응하는 노치들에 의해 형성되는 차량.
M6. 단락 M5에 있어서, 상기 2개의 상이한 구성요소들 중 제1 구성요소는 상기 차량의 풋 패드인 차량.
M7. 단락 M5에 있어서, 상기 2개의 상이한 구성요소들 중 제2 구성요소는 상기 차량의 펜더인 차량.
M8. 단락 M0 내지 단락 M7 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명기들은 발광 다이오드(LED)를 포함하는 차량.
M9. 단락 M0 내지 단락 M8 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명기들은 광 파이프를 통하여 상기 슬롯을 통해 볼 수 있는 차량.
M10. 단락 M9에 있어서, 상기 광 파이프의 단부 부분이 상기 슬롯을 플러깅하는 차량.
M11. 단락 M9에 있어서, 상기 조명기들은 상기 모터 제어기의 하우징 내부에 배치되는 차량.
M12. 단락 M11에 있어서, 상기 제어기 하우징은 투명 재료를 포함하는 차량.
M13. 단락 M12에 있어서, 상기 제어기 하우징의 베이스 및 리드는 각각 본질적으로 상기 투명 재료로 구성되는 차량.
M14. 단락 M13에 있어서, 상기 하우징의 부분들은 투명도를 억제하도록 질감 처리되어 있는 차량.
M15. 단락 M0 내지 단락 M14 중 어느 하나에 있어서, 상기 차량은 정확히 (즉, 오직) 하나의 휠을 포함하는 차량.
M15. 단락 M15에 있어서, 상기 휠은 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이의 개구에 배치되고 상기 보드의 위 및 아래로 연장하는 차량.
를 포함하는 자가 균형 전기 자동차:
N0. 제1 데크 부분과 제2 데크 부분, 및 상기 제1 데크 부분과 상기 제2 데크 부분 사이의 개구부를 갖는 보드, - 상기 제1 및 제2 데크 부분들 각각은 이동 방향에 수직으로 배향된 사용자의 각각의 발을 지지하도록 구성됨-;
상기 제1 데크 부분과 제2 데크 부분 사이의 상기 개구에 배치되는 휠, -상기 보드는 상기 휠의 상기 축을 주위로 틸팅 가능함 -;
상기 휠을 구동하도록 구성된 전기 허브 모터;
상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성되고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 보드를 추진시키게 하도록 구성되는 모터 제어기; 및
상기 보드의 프레임에 제거 가능하게 커플링되고 상기 데크 부분들 사이의 상기 개구에 걸쳐 있는 펜더, - 상기 펜더는 상기 휠의 상부 표면을 덮는 아치형 부분 및 상기 프레임의 상부에 배치되고 상기 개구의 주변 주위로 완전히 연장하는 주변 플랜지를 포함함 -;
를 포함하는,
자기 균형 전기 차량.
N1. 단락 N0에 있어서, 상기 펜더는 상기 데크 부분들 중 하나의 내측 단부에 있는 개구를 덮도록 아래로 연장하는 스커트 부분을 포함하는 차량.
N2. 단락 N0 또는 N1에 있어서, 상기 펜더는 돌출하는 리지를 더 포함하고, 상기 돌출하는 리지는 상기 프레임에서 대응하는 채널에 스냅하도록 구성되는 차량.
N3. 단락 N0 내지 N2 중 어느 하나에 있어서, 상기 휠은 제1 휠이고, 상기 차량은 상기 제1 휠과 공통의 회전축을 갖는 적어도 제2 휠을 더 포함하는 차량.
N3. 단락 N0 내지 N3 중 어느 하나에 있어서, 상기 펜더의 아치형 부분의 에지들은 상기 휠의 측면들을 부분적으로 덮도록 아래로 연장하는 차량.
참고: 문자 "O"로 시작하는 단락 레이블은 숫자 "0"과의 혼동을 피하기 위해 의도적으로 건너뛴다.
P0. 제1 데크 부분과 제2 데크 부분, 및 상기 제1 데크 부분과 상기 제2 데크 부분 사이의 개구를 갖는 보드, - 상기 제1 및 제2 데크 부분의 각각은 이동 방향에 수직으로 배향된 사용자의 각각의 발을 지지하도록 구성됨 -;
상기 제1 및 제2 데크 부분들 사이의 상기 개구에 배치되는 휠, - 상기 보드는 상기 휠의 상기 축을 중심으로 틸팅 가능함 -;
상기 휠을 구동하도록 구성된 허브 모터; 및
상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성되고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 보드를 추진시키게 하도록 구성되는 모터 제어기;
를 포함하는,
자기 균형 전기 차량.
P1. 단락 P0에 있어서, 상기 보드의 프레임에 피벗 가능하게 커플링된 핸들을 더 포함하고, 상기 핸들은 상기 핸들의 그립 부분의 원위 단부가 상기 허브 모터에 인접하는 수납 형태 및 상기 핸들의 상기 그립 부분의 상기 원위 단부가 상기 허브 모터로부터 멀어지게 연장하는 전개 형태 사이에서 전환 가능한, 차량.
P2. 단락 P0 또는 P1에 있어서, 상기 보드의 프레임에 커플링되고 상기 데크 부분들 사이의 개구에 걸쳐 있는 펜더를 더 포함하고, 상기 펜더는 상기 휠의 상부 표면을 덮는 아치형 부분 및 상기 프레임의 상부에 배치되고 상기 개구의 주변 주위로 완전히 연장하는 주변 플랜지를 포함하는, 차량.
P3. 단락 P0 내지 P2 중 어느 하나에 있어서, 상기 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기들을 포함하는 상태 표시기를 더 포함하는 차량.
P4. 단락 P0 내지 P3 중 어느 하나에 있어서,
제어 시스템을 더 포함하고,
상기 제어 시스템은 전기 모터에 커플링된 전원 공급부를 포함하고,
상기 모터 제어기는 회전하는 회전자 자속 각도와 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도에서 정의된 직교 전류를 조작함으로써 전기 모터를 제어하도록 구성된 FOC(field-oriented control) 방식을 갖고,
상기 직류의 조작은 직교 전류의 조작과 무관하고,
상기 모터 제어기는,
상기 전원 공급부의 버스 전압을 전압 문턱과 비교함으로써 상기 전기 모터의 역기전력(CEMF)이 전원 공급부의 전압을 초과하는지 여부를 결정하도록; 및
상기 버스 전압이 상기 전압 문턱보다 큰 것에 응답하여 상기 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 상기 직류를 자동으로 증가시킴으로써 상기 CEMF를 감소시키도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는,
차량.
P5. 회생 제동 동안 단락 P0 내지 단락 P3 중 어느 한 항에 따른 전기 차량의 전원 공급부의 손상을 방지하기 위한 방법으로서,
상기 모터 컨트롤러의 FOC(Field-Oriented Control) 방식을 사용하여 전기 모터를 제어하는 단계, - 상기 FOC 방식은 회전하는 회전자 자속 각도와 정렬된 직류 및 회전하는 회전자 자속 각도로부터 90도로 정의된 직교 전류를 조작함으로써 상기 전기 모터를 제어하도록 구성되고, 상기 직류의 조작은 상기 직교 전류의 조작과 무관함 -;
상기 전기 모터의 카운터 기전력(CEMF)이 전원 공급부의 전압을 초과하는지 여부를 결정하기위해 상기 모터 제어기의 처리 로직을 사용하는 단계; 및
상기 전원 공급부의 상기 전압을 초과하는 상기 전기 모터의 상기 CEMF에 응답하여 상기 전기 모터의 모터 자속을 약화시키고 상기 직류를 자동으로 증가시킴으로써 상기 CEMF를 감소시키는 단계;
를 포함하는 방법.
P6. 단락 P0 내지 단락 P5 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기는,
상기 허브 모터가 상기 보드를 추진하도록 명령받는 방향을 표시하는 방향 정보를 수신하도록;
제 제1 방향을 표시하는 방향 정보에 응답하여, 상기 모터 제어기의 제1 파라미터를 자동으로 조정함으로써 방향 정보에 대한 모터 제어기의 응답성을 저해하도록; 그리고
상기 제1 파라미터가 제1 문턱에 도달하는 것에 응답하여 상기 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 로킹 또는 허브 모터 끄기)하도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는,
차량.
P7. 단락 P0 내지 단락 P5 중 어느 하나에 있어서, 상기 모터 제어기는,
상기 허브 모터가 상기 차량을 추진하도록 명령받는 방향을 표시하는 방향 정보를 수신하도록;
제1 방향을 나타내는 상기 방향 정보에 응답하여, 상기 모터 제어기의 제1 파라미터를 자동으로 조정함으로써 상기 배향 정보에 대한 상기 모터 제어기의 응답성을 저해하도록; 그리고
제1 파라미터가 제1 문턱에 도달하는 것에 응답하여 상기 허브 모터를 비활성화(예: 허브 모터 잠금 또는 허브 모터 끄기)하도록;
구성되는 처리 로직을 포함하는, 차량.
이점들, 기능들 및 이득들
본 명세서에 기술된 자기 안정화(예 : 자기 균형) 일륜 전기 차량(예 : 스케이트보드)의 상이한 실시예들 및 예들은 공지된 솔루션들에 비해 여러 이점들을 제공한다. 예를 들어, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 탑승자가 내릴 수 있는 직관적인 방법을 제공하여 탑승 경험과 안전성을 향상시킨다.
추가로, 그리고 다른 이득들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 비례 방식으로 응답하여 탑승자가 하차 프로세스를 보다 예측 가능하게 제어할 수 있다.
추가로, 그리고 다른 이득들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 보드를 틸팅하는 정상 작동 제어 방법의 양상들을 사용하여 허브 모터를 비활성화할수 있어서, 추가 버튼들 또는 사용자 제어들이 불필요하다.
추가로, 그리고 다른 이득들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 차량이 전력을 회생 중일 때 과전압 손상을 방지함으로써 잠재적인 과전압 상황 손상을 해결하고, 직교 전류와 독립적으로 자속 전류를 조작하여 에너지를 리디렉션하고, 배터리 손상을 방지하는 동시에 보다 나은 탑승자 경험을 제공한다.
추가적으로, 그리고 다른 이점들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 보드를 위한 편리한 운반 핸들을 제공하고, 승차할 때 안전하게 수납할 수 있고 전개하기 쉽다.
추가로, 그리고 다른 이득들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 탑승자가 보드의 슬롯을 통해 볼 수 있는 조명 상태 표시기를 통해 보드 위에서 배터리 상태를 볼 수 있게 한다.
추가로, 그리고 다른 이득들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 상태 표시기의 조명기에서 볼 수 있는 위치로 빛을 전송하는 동안 슬롯을 플러깅하는 솔리드 광 파이프를 포함함으로써 액체 및 파편이 보드 내부로 침입하는 것을 방지한다.
추가로, 그리고 다른 이점들 중에서, 여기에 설명된 예시적인 실시예들 및 예들은 모든 경우에 타이어 주위의 주변부가 미학적 방식으로 부분적으로 덮이도록 상호 교환 가능한 펜더 시스템을 포함한다.
알려진 시스템이나 디바이스는 이러한 기능들을 수행할 수 없다. 그러나, 본 명세서에 기재된 모든 실시예들 및 예들이 동일한 이점들 또는 동일한 정도의 이점을 제공하는 것은 아니다.
결론
위에 기재된 개시는 독립적인 유용성을 갖는 다수의 별개의 예를 포함할 수 있다. 이들의 각각이 그의 바람직한 형태(들)로 개시되었지만, 여기에 개시되고 예시된 바와 같은 그의 특정 실시예들은 많은 변형들이 가능하기 때문에 제한적인 의미로 고려되어서는 안 된다. 섹션 제목들이 본 개시 내용 내에서 사용되는 범위 내에서 이러한 제목은 구조적 목적으로만 사용된다. 본 개시의 주제 대상은 본 명세서에 개시된 다양한 요소들, 특징들, 기능들 및/또는 특성들의 모든 신규 및 자명하지 않은 조합들 및 하위 조합들을 포함한다. 후술할 청구범위는 특히 신규하고 자명하지 않은 것으로 간주되는 특정 조합들 및 하위 조합들을 지적(point out)한다. 특징들, 기능들, 요소들 및/또는 특성의들 다른 조합들 및 하위 조합들은 이 출원 또는 관련 출원으로부터 우선권을 주장하는 출원에서 청구될 수 있다. 원래 청구범위의 범위와 더 넓든 좁든 같든 상이하든, 이러한 청구범위는 또한 본 개시의 주제 대상에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (20)

  1. 공통의 회전축을 구비하는 하나 이상의 휠;
    제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 보드, - 상기 보드는 상기 하나 이상의 휠의 상기 회전축 주위로 틸팅가능함 - ;
    전원 공급부에 커플링되고 상기 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성되는 전기 허브 모터;
    상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성되고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 보드를 추진시키게하도록 구성되는 모터 제어기; 및
    피벗팅 가능한 핸들, - 상기 핸들은 상기 핸들의 그립 부분의 원위 단부가 상기 허브 모터에 인접하게 배치되는 수납 형태 및 상기 핸들의 상기 그립 부분의 상기 원위 단부가 상기 허브 모터로부터 멀어지게 연장하는 전개 형태 사이에서 전환가능함 -;
    을 포함하는,
    자기 균형 전기 차량
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핸들은 일반적으로 힌지로부터 제1 방향으로 연장하고,
    상기 핸들은, 상기 힌지로부터 제2 방향으로 연장하는 래칭 탭을 더 포함하고,
    상기 래칭 탭은 상기 수납 형태에서 상기 핸들을 홀딩하도록 편향되는,
    차량.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 래칭 탭은, 상기 보드의 일 부분을 향하여 편향되는 제1 자석을 포함하는,
    차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보드는, 상기 제1 자석을 끌어당기도록 구성된 제2 자석을 포함하는,
    차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핸들이 상기 허브 모터와 전기적으로 인터로킹되어, 상기 핸들이 수납 형태가 아닐 때 상기 모터 제어기가 상기 허브 모터를 비활성화하는,
    차량.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차량은 정확히 하나의 휠을 포함하는,
    차량.
  7. 공통의 회전축을 구비하는 하나 이상의 휠;
    제1 단부 및 제2 단부를 구비하는 보드, - 상기 보드는 상기 하나 이상의 휠의 상기 회전축 주위로 틸팅가능함 - ;
    전원 공급부에 커플링되고 상기 하나 이상의 휠을 구동하도록 구성되는 전기 허브 모터;
    상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성되고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 보드를 추진시키게하도록 구성되는 모터 제어기;
    힌지에 의해 상기 보드에 피벗팅가능하게 커플링된 핸들, - 상기 핸들은 상기 핸들의 그립 부분의 원위 단부가 상기 허브 모터에 인접하게 배치되는 수납 형태 및 상기 핸들의 상기 그립 부분의 상기 원위 단부가 상기 허브 모터로부터 멀어지게 연장하는 전개 형태 사이에서 전환가능함 -; 및
    상기 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기들을 포함하는 상태 표시기;
    를 포함하는,
    자기 균형 전기 차량.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상태 표시기는 전원 공급부의 상태를 표시하도록 구성되는,
    차량.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원 공급부는 배터리를 포함하고, 표시된 상기 상태는 상기 배터리의 충전 레벨인,
    차량.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 상태 표시기는, 상기 조명기들로부터 상이한 색들의 빛을 발함으로써 적어도 부분적으로 정보를 전달하도록 구성되는,
    차량.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 슬롯은, 상기 보드의 2개의 상이한 구성요소들에서 대응하는 노치들에 의해 형성되는,
    차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 2개의 상이한 구성요소들 중 제1 형태요소는 상기 차량의 풋 패드인,
    차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 2개의 상이한 구성요소들 중 제2 형태요소는 상기 차량의 펜더인,
    차량.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 조명기들은 상기 보드 내에 배치된 광 파이프를 통하여 상기 슬롯을 통해 볼 수 있는,
    차량.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광 파이프는 상기 모터 제어기의 하우징의 리드와 함께 단일 피스로 형성되는,
    차량.
  16. 제1 데크 부분 및 제2 데크 부분, 그리고 상기 제1 데크 부분 및 제2 데크 부분 사이의 개구를 구비하는 보드, - 상기 제1 데크 부분 및 상기 제2 데크 부분의 각각은 이동 방향에 수직하게 배향된 사용자의 각각의 발을 지지하도록 구성됨 -;
    상기 제1 데크 부분 및 상기 제2 데크 부분 사이의 개구에 배치된 휠, - 상기 보드는 상기 휠의 축에 대하여 틸팅가능함 -;
    상기 휠을 구동하도록 구성되는 허브 모터;
    상기 허브 모터를 작동시키도록 구성되는 전원 공급부;
    상기 보드의 배향을 표시하는 배향 정보를 수신하도록 구성되고 상기 허브 모터가 상기 배향 정보에 기초하여 상기 보드를 추진시키게하도록 구성되는 모터 제어기;
    상기 보드의 상부 표면에 형성된 슬롯을 통해 볼 수 있는 복수 개의 조명기들을 포함하는 상태 표시기; 및
    상기 차량의 차축 장착 블록에 피벗팅 가능하게 장착되는 핸들, - 상기 핸들은 상기 핸들의 원위 단부가 상기 휠의 허브 부분에 인접하게 배치되고 자기적으로 제 위치에 홀딩되는 수납 형태 및 상기 핸들의 상기 원위 단부가 상기 휠의 상기 허브 부분으로부터 멀어지게 연장하는 전개 형태 사이에서 전환하도록 구성됨 -;
    을 포함하는,
    자기 균형 전기 차량.
  17. 제16항에 있어서,
    조명기들은,
    상기 조명기들은, 상기 보드 내에 배치된 광 파이프를 통하여 상기 슬롯을 통해 볼 수 있는,
    차량.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 모터 제어기는, 상기 핸들이 수납 형태가 아닐 때 상기 허브 모터를 자동으로 비활성화하도록 구성되는,
    차량.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 핸들이 수납 형태일 때, 상기 핸들은 상기 핸들의 원위 부분에 배치된 제1 자석 및 상기 보드에 배치된 제2 상보적 자석에 의해 제 위치에 홀딩되는,
    차량.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 핸들이 수납 형태일 때, 상기 핸들은 상기 핸들의 원위 부분 및 상기 보드의 강자성 부분에 배치된 제1 자석에 의해 제 위치에 홀딩되는,
    차량.
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