KR20230067353A - 자율주행차량의 조향장치 - Google Patents

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KR20230067353A
KR20230067353A KR1020210153368A KR20210153368A KR20230067353A KR 20230067353 A KR20230067353 A KR 20230067353A KR 1020210153368 A KR1020210153368 A KR 1020210153368A KR 20210153368 A KR20210153368 A KR 20210153368A KR 20230067353 A KR20230067353 A KR 20230067353A
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Abstract

본 발명은 자율주행차량의 조향장치에 관한 것으로, 자율주행차량에 탑재되어 자율주행을 제어하는 자율주행제어기(200)와, 자율주행차량의 각종 센서로부터 차량의 주행상태 및 주변의 각종 정보를 획득하여 상기 자율주행제어기로 전송하도록 상기 자율주행제어기와 캔통신으로 연결되고, 상기 자율주행제어기(200)에서 수신된 자율주행제어명령을 각 구동부로 전달하는 하위제어기(300)와, 상기 하위제어기(300)에서 전달된 제어신호로 조향력을 발생하고, 발생된 조향력을 핸들로 전달하는 조향력 발생부(400)와 조향력 전달부(420)를 포함하되, 상기 조향력 발생부(400)는 상기 하위제어기(300)로부터 전달된 제어신호에 따라 일정 회전수 및 회전속도로 동작되는 모터(405)와, 상기 모터(405)에 연결되어 모터에서 출력되는 회전수를 일정비율로 감속시켜 출력시키는 유성감속기어(410)로 이루어지고, 상기 조향력 전달부(420)는 상기 유성감속기어(410)의 출력축에 결합된 구동풀리(422)와, 상기 구동풀리(422)와 일정거리 이격되면서 구동풀리에 대해 수평설치되는 종동풀리(424)와, 상기 구동풀리(422)의 회전력을 종동풀리(424)로 전달하는 구동벨트(426)과, 상부에 핸들(450)이 설치되고 하부에 조향로드(430)가 결합되어 종동풀리의 중심부를 수직 관통하여 종동풀리의 회전방향에 따라 좌우 회전되는 스티어링컬럼(428);을 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

자율주행차량의 조향장치{A steering system for autonomous vehicles}
본 발명은 자율주행차량의 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자율주행제어기로부터 조향신호를 수신한 하위제어기의 명령에 따라 모터 및 감속기의 회전수가 제어되어 스티어링 칼럼의 회동변위 조절로 차량 핸들에 일정한 조향력을 가하여 필요한 방향과 각도로 조향이 이루어지도록 하는 자율주행차량의 조향장치에 관한 것이다.
자동차는 수많은 부품들의 조합으로 이루어진 기술집합체의 제품으로, 자동차 기술의 고도화는 주변 산업기술의 첨단화와 연관성이 매우 높다.
즉, 컴퓨터, S/W, IT, 카메라, 디스플레이, 센서, IoT, 통신 기술 등의 고도화로 인해 자동차 또한 이러한 관련기술의 적용을 통한 안전장치와 편의장치 및 주행장치에 첨단 기술이 적용된 자동차들이 등장하고 있다.
특히, 자동차의 자율주행분야에서는 연관 산업의 발전으로 전통적인 자동차 제조업체 뿐만 아니라 통신 및 소프트웨어 관련 업체들에서도 자율주행자동차의 개발에 많은 관심을 기울이고 있는 실정이다.
자율주행자동차는 운전자가 운전을 하지 않아도 스스로 움직이는 자동차를 의미하는데, 자율주행자동차는 운전자의 운전을 지원하는 초기 수준에서 시작하여 운전자의 관여가 전혀 필요 없는 완전 자율주행차 수준까지 자동화 레벨에 따라 여러 단계로 구분하고 있다.
현재 자동차산업계 및 각국에서 자동화레벨에 따라 분류하고 있는 자율주행차량의 자동화레벨은 레벨1~레벨5 까지 구분하고 있다.
레벨1(Lv1)은 차량의 주행시스템 중 어느 한정된 영역, 차량의 종방향 또는 횡방향 운동제어의 서브테스크(sub-task)를 제어하여 운전자를 지원하는 단계이고, 레벨2(Lv2)는 레벨1(Lv1)을 업그레이드하여 일부 운전자동화를 수행하는 상태를 가리킨다.
또한, 레벨3(Lv3)은 차량의 자율주행제어시스템이 모든 동적운전테스크(DDT: Dynamic Driving Task)를 한정영역(ODD: Operational Design Domain)에서 실행하고, 작동연속이 곤란할 경우 시스템의 개입요구 등에 따라 운전자가 관여하는 조건부 운전자동화 상태이다.
또한, 레벨4(Lv4)는 차량의 자율주행제어시스템이 모든 동적운전테스크(DDT: Dynamic Driving Task)를 수행하고, 작동연속이 곤란할 경우의 응답을 한정영역(ODD: Operational Design Domain)에서 실행할 수 있는 고도 운전자동화 상태를 가리킨다.
마지막으로, 레벨5(Lv5)는 차량의 자율주행제어시스템이 모든 동적운전태스크(DDT: Dynamic Driving Task)를 수행하고, 작동연속이 곤란할 경우의 응답을 무제한으로 실행할 수 있도록 구성되어 완전 운전자동화 상태에 이르는 것을 가리킨다.
이와 같이, 자율주행차량의 자동화레벨에 따라 일정 단계별로 구분하고 있으며, 각국의 도로상황이나 각종 법규제 등에 따라 다양한 레벨로 자율주행차량에 관련된 기술들이 개발되면서 세계 각국에서는 자율주행차량의 초기 단계에서부터 고도화 단계에 이르는 다양한 형태의 차량을 개발하여 시험 및 일부 실용화단계에 접어들고 있다.
본 발명은 자율주행의 주행시 돌발상황 발생이나 보행자 출현, 교차로 등 목적지를 향해 주행하는 차량을 원하는 방향으로 조향시키기 위한 운전자 미 개입상태에서의 자율주행차량의 조향장치에 관한 것이다.
상술한 바와 같이, 자율주행차량은 다양한 단계로 기술개발이 이루어지고 있으며, 특히 운전자가 탑승한 상태에서 자율주행이 이루어지는 경우와 운전자가 탑승하지 않은 상태에서 자율주행이 이루어지고 있는 두 가지 형태로 구분할 수 있으나, 어떠한 상태에서도 차량이 자율주행을 수행하기 위해서는 자율주행에 필요한 주행장치, 조향장치 및 제동장치가 필수적이다.
자율주행에 관여하는 주행장치, 조향장치 및 제동장치 등은 차량의 자율주행제어시스템이 탑재된 자율주행제어기를 통해 차량 운행이 제어되며, 자율주행제어기에서 하달된 각 장치의 제어명령은 하위제어기를 통해 해당 장치의 동작에 직접 관여하는 최하위 장치로 전달되어 일정한 동작이 발생되도록 함으로써 필요한 주행, 조향 및 제동이 이루어지게 된다.
통상, 차량에 탑재된 자율주행제어기는 차량에 장착된 다양한 전자장치 및 각종 센서모듈들로부터 수집된 정보를 하위제어기를 통해 전달받고, 자율주행제어기는 하위제어기로부터 수신된 각종 정보를 분석, 가공하여 다시 하위제어기로 필요한 자율주행 제어명령을 하달하며, 하위제어기는 그 상위제어기로부터 수신된 명령을 각 장치 및 부속장치로 전달하여 필요한 차량 제어가 이루어지도록 하면서 목표지점까지 차량이 안전하게 자율주행이 이루지도록 제어하게 된다.
이와같이, 차량의 자율주행에 직접 관여하는 중요 장치들은 운전자가 탑승한 상태에서도 운전자의 개입없이 자율주행명령에 따라 자율주행 제어를 수행하게 되지만, 운전자가 개입할 경우 해당 제어장치는 수동으로 전환되어 운전자 조작모드로 차량 운행이 이루어지게 된다.
따라서, 자율주행차량의 제어기술이 고도화되더라도 운전자가 차량에 탑승한 상태를 가정하여 각 주요장치는 운전자가 제어가능한 수동모드와 자율주행시스템에 의한 자율제어가 가능한 자동모드를 만족할 수 있도록 구성될 필요성이 있는 것이다.
즉, 특수차량을 제외한 일반 차량의 경우, 운전자가 탑승한 상태를 가정하고 자율주행시스템이 보조적으로 채용되는 형태로 자율주행차량이 개발되고 있기 때문에, 기존에 기본적으로 설계된 차량의 기본 플랫폼 안에서 자율주행제어를 위한 조향장치, 제동장치 등이 적용될 경우, 차량의 제한된 공간안에서 자율주행시스템이 장착되어야 하므로 각 차량에 적합한 자율주행시스템의 최적화가 매우 중요하다.
본 발명은 자율주행차량의 주요 장치 중 조향장치에 있어서, 자율주행차량의 기존 샤시 플렛폼의 제한된 공간 안에 설치가 용이하고, 구성이 간단하면서 확실한 조향력을 발생시킬 수 있는 자율주행차량의 조향장치 개발에 대한 필요성이 제기되어 안출하게 되었다.
특히, 본 발명은 본 출원인의 선출원발명인 특허출원 제10-2020-181235호(2020.12.22)의 ‘자율주행차량의 조향장치’에 적용되었던 조향력 전달수단인 체인구동방식에서 발생될 수 있는 백래시(Backlash)로 인한 미세한 정밀 제어의 어려움을 해결하고자 본 발명을 안출하게 되었다.
- 특허등록 제10-2035341호(등록일: 2019.10.16) - 특허공개 제10-2019-0098783호(공개일: 2019.08.23) - 특허공개 제10-2007-0104764호(공개일: 2007.10.29)
본 발명은 종래에 안출된 체인구동방식으로 이루어진 자율주행차량의 조향장치 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히, 조향력발생부에서 발생된 회전력이 핸들로 전달되는 과정에서 조향력의 미세한 오차 발생을 방지하여 정밀 제어가 가능하고, 자율주행제어기로부터 전달된 조향제어명령을 제대로 추종하여 확실한 조향이 이루어지도록 하는 자율주행차량의 조향장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치는 자율주행차량에 탑재되어 자율주행을 제어하는 자율주행제어기와, 자율주행차량의 각종 센서로부터 차량의 주행상태 및 주변의 각종 정보를 획득하여 상기 자율주행제어기로 전송하도록 상기 자율주행제어기와 캔통신으로 연결되고, 상기 자율주행제어기에서 수신된 자율주행제어명령을 각 구동부로 전달하는 하위제어기와, 상기 하위제어기에서 전달된 제어신호로 조향력을 발생하고, 발생된 조향력을 핸들로 전달하는 조향력 발생부와 조향력 전달부를 포함하되, 상기 조향력 발생부는 상기 하위제어기로부터 전달된 제어신호에 따라 일정 회전수 및 회전속도로 동작되는 모터와, 상기 모터에 연결되어 모터에서 출력되는 회전수를 일정비율로 감속시켜 출력시키는 유성감속기어로 이루어지고, 상기 조향력 전달부는 상기 유성감속기어의 출력축에 결합된 구동풀리와, 상기 구동풀리와 일정거리 이격되면서 구동풀리에 대해 수평설치되는 종동풀리와, 상기 구동풀리의 회전력을 종동풀리로 전달하는 구동벨트와, 상부에 핸들이 설치되고 하부에 조향로드가 결합되어 종동풀리의 중심부를 수직 관통하여 종동풀리의 회전방향에 따라 좌우 회전되는 스티어링컬럼;을 포함한 구성으로 이루어진다.
특히, 상기 조향력 전달부 또는 상기 스티어링 컬럼에는 핸들의 회전상태를 감시하는 조향동작 감지부가 설치되고, 상기 핸들에는 운전자가 핸들을 조작하는 것을 감지하기 위한 핸들조작 감지부가 구비되며, 상기 하위제어기에는 상기 조향동작 감지부에서 감지된 조향 신호값을 수신하여 자율주행기에서 하달된 조향제어 신호값과 일치하는지 여부를 파악하는 조향제어신호 일치판단부와, 상기 핸들조작 감지부에서 전송된 신호를 수신하여 운전자 개입여부를 판단하는 운전자 개입판단부와, 상기 조향제어신호 일치판단부와 운전자 개입판단부에서 파악된 정보를 상기 자율주행제어기로 전송하는 조향정보 회신부;가 더 포함된 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 자율주행제어기에는 상기 하위제어기에서 제공되는 조향정보를 통해 운전자 개입이 이루어진 것으로 판단된 경우, 자율주행차량의 주행모드를 수동모드로 전환시키는 주행모드 전환부와, 상기 하위제어기에서 피드백된 조향정보가 최초 하달된 조향 제어신호와 동일한지 여부를 확인하여 동일할 경우 최초 조향제어 신호값을 유지하고, 상이할 경우 조향제어 신호값을 재전송하는 조향명령 확인부;를 더 포함한 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치는 자율주행제어기와 하위제어기를 통해 전달된 조향 제어신호에 따라 최종적으로 핸들의 회전각을 제어하도록 구성되어 조향력 발생부 및 조향력 전달부의 구성이 비교적 간단하여 여유공간이 적은 차량에 그 설치가 용이하고, 특히 조향력이 핸들로 전달되는 과정에서 확실하고 신속한 동력전달이 이루어져 자율주행차량 조향장치의 정밀성을 향상시킬 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치에 대한 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치에서 조향력 발생부와 조향력 전달부의 일측 수직 절단단면도,
도 3은 본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치의 주요 구성 및 동작블럭도이다.
본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치(이하, ‘조향장치’로 약칭함)는 자율주행레벨의 초기단계에서 고도화단계에 이르는 자율주행차량에 적용 가능하도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 조향장치는 관제서버와 통신상태가 유지되거나 또는 완전한 자율주행이 가능하도록 구성되어 차량측에 탑재된 자율주행제어기의 제어에 따라 핸들에 조향력을 전달하여 방향전환이 이루어지도록 제어하게 된다.
상기 자율주행제어기에서 하달된 조향 제어신호는 하위제어기를 통해 조향장치로 전달될 수 있도록 구성되고, 차량측에 설치된 각종 센서에서 획득된 차량상태 정보와 주변 정보 등은 하위제어기를 통해 수집되어 자율주행제어기로 피드백하도록 구성되며, 자율주행제어기에서는 하위제어기에서 피드백된 정보를 확인하여 조향에 필요한 제어신호를 하달하거나 유지하는 일련의 과정이 반복적으로 수행되도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 조향장치는 관제서버와 원격통신 상태가 유지되거나 완전 자율주행시스템이 갖춰진 상태에서 자율주행차량에 탑재되어 자율주행을 제어하는 자율주행제어기와, 자율주행차량에 설치된 각종 센서로부터 자율주행차량의 주행상태 및 자율주행차량 주변의 각종 정보를 획득하고, 획득된 정보를 상기 자율주행제어기로 전송하도록 상기 자율주행제어기와 캔(can)통신으로 연결된 상태에서 상기 자율주행제어기로부터 수신된 자율주행제어명령을 각 구동부로 전달하는 하위제어기와, 상기 하위제어기에서 전달된 제어명령으로 회전수 및 회전속도가 제어되면서 조향력을 발생시키는 조향력 발생부와, 상기 조향력 발생부에서 출력된 회전력을 토대로 핸들이 연결된 스티어링 컬럼으로 조향력을 전달하는 조향력 전달부로 구성된다.
특히, 상기 조향력 발생부는 상기 하위제어기로부터 전달된 제어신호에 따라 일정 회전수 및 회전속도로 동작되는 모터와, 상기 모터에 연결되어 모터에서 출력되는 회전수를 일정비율로 감속시켜 출력시키는 유성감속기어로 이루어진다.
또한, 상기 조향력 전달부는 상기 유성감속기어의 출력축에 결합된 구동풀리와, 상기 구동풀리와 일정거리 이격되면서 구동풀리에 대해 수평설치되는 종동풀리와, 상기 구동풀리의 회전력을 종동풀리로 전달하는 구동벨트와, 상부에 핸들이 설치되고 하부에 조향로드가 결합되어 종동풀리의 중심부를 수직 관통하여 종동풀리의 회전방향에 따라 좌우 회전되는 스티어링 컬럼;을 포함한 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 조향력 전달부 또는 상기 스티어링 컬럼에는 핸들의 회전상태를 감시하는 조향동작 감지부가 설치되고, 상기 핸들에는 운전자가 핸들을 조작하는 것을 감지하기 위한 핸들조작 감지부가 구비되며, 상기 하위제어기에는 상기 조향동작 감지부에서 감지된 조향 신호값을 수신하여 자율주행기에서 하달된 조향제어 신호값과 일치하는지 여부를 파악하는 조향제어신호 일치판단부와, 상기 핸들조작 감지부에서 전송된 신호를 수신하여 운전자 개입여부를 판단하는 운전자 개입판단부와, 상기 조향제어신호 일치판단부와 운전자 개입판단부에서 파악된 정보를 상기 자율주행제어기로 전송하는 조향정보 회신부;가 더 포함된 구성으로 이루어진다.
이와 더불어, 상기 자율주행제어기에는 상기 하위제어기에서 제공되는 조향정보를 통해 운전자 개입이 이루어진 것으로 판단된 경우, 자율주행차량의 주행모드를 수동모드로 전환시키는 주행모드 전환부와, 상기 하위제어기에서 피드백된 조향정보가 최초 하달된 조향 제어신호와 동일한지 여부를 확인하여 동일할 경우 최초 조향제어 신호값을 유지하고, 상이할 경우 조향제어 신호값을 재전송하는 조향명령 확인부;를 더 포함하고 있는 구성으로 이루어진다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 용어는 본 발명의 구성에 대한 기능을 고려하여 일반적인 용어 및 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용했으며, 이 경우 그 용어가 가지는 의미는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의된다.
또한, 상세한 설명에서 사용되는 ‘자율주행차량’은 운전자의 운전을 보조하는 초기단계의 반자율 주행차량에서부터 운전자 개입 없이 완전한 주행이 가능한 고도화 단계의 자율주행차량까지 모두 포함된 의미로 사용된다.
또한, 상세한 설명에서 사용되는 ‘조향장치(steering system)’는 자율주행차량의 자율주행모드에서 차량의 바퀴에 조향력을 발생시키기 위해 자율주행제어기에서 하달된 제어신호에 따라 핸들을 동작시키는 일련의 하드웨어 및 하드웨어와 결합된 소프트웨어를 모두 포함하는 의미로 사용되며, 본 발명의 상세한 설명 및 도면에서 본 발명의 특징적인 구성 위주로 한정하여 설명한다.
또한, 상세한 설명 가운데에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 상세한 설명에 기재된 “자율주행 제어기”는 자율주행차량에 설치되어 자율주행차량의 각종 센서모듈로부터 수집된 정보를 저장, 가공, 처리하여 자율주행차량의 주행에 필요한 각종 제어명령을 출력하고, 필요에 따라 원격지의 관제서버와 통신이 이루어지면서 자율주행차량에서 획득되는 각종 정보를 관제서버로 전송하도록 구성된 자율주행자량의 통합 무인제어시스템을 의미한다.
또한, 상세한 설명에 사용되는 ‘~부’는 특정 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 및 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 독립된 장치 또는 설정된 알고리즘을 통해 특정한 결과를 제공하는 단위모듈을 의미한다.
또한, 상세한 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”또는 “결합”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 부품, 회로, 기구물 등을 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우를 포함하는 의미로 해석된다.
그리고, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명에 속하는 기술분야에서 널리 공지되었거나 당업자가 공지된 기술을 토대로 용이하게 안출할 수 있는 기술구성에 대한 설명은 가급적 생략하고, 본 발명의 특징적 구성을 이해하는데 필요한 기술구성 위주로 상세한 설명을 한다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 조향장치(500)의 전체 구성을 개략적으로 도시하고 있고, 도 2는 도 1의 조향장치(500)의 구성에서 조향력 발생부(400)와 조향력 전달부(420)의 구성에 대한 일측 수직 절단 단면을 도시하고 있으며, 도 3은 본 발명에 따른 조향장치(500)의 주요구성 및 주요 구성의 기능동작 블록도를 도시하고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조향장치(500)는 자율주행차량에 탑재되어 자율주행을 제어하는 자율주행제어기(200)와, 상기 자율주행제어기(200)로부터 조향관련 정보를 수신하여 조향력 발생부(400)로 전달하는 하위제어기(300)와, 상기 하위제어기(300)에서 전달된 제어명령으로 조향력을 발생시키는 조향력 발생부(400)와, 상기 조향력 발생부(400)에서 전달된 조향력을 핸들(450)로 직접 전달하는 조향력 전달부(420)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 주요부의 구성에 대해 좀 더 상술하면, 상기 자율주행제어기(200)는 자율주행차량의 기본적인 차량정보와 차량특성 뿐만 아니라 자율주행에 필요한 소프트웨어가 탑재되어 자율주행차량의 전체적인 자율주행 제어를 수행될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 자율주행제어기(200)는 자율주행차량의 고도화 단계에 따라 별도의 관제서버(100)와 통신상태가 유지되면서 관제서버(100)에서 자율주행에 필요한 제어신호를 전달받아 자율주행차량을 제어하거나 또는 자율주행차량에서 획득된 각종 정보를 관제서버(100)로 제공할 수 있도록 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 자율주행제어기(200)로부터 제어신호를 수신하는 하위제어기(300)는 자율주행차량에 설치된 각종 센서모듈로부터 자율주행차량의 주행상태 및 자율주행차량 주변의 각종 정보를 수집하고, 수집된 정보를 상기 자율주행제어기(200)로 전송하며, 상기 자율주행제어기(200)로부터 하달된 조향제어 신호를 조향력 발생부(400)로 출력하도록 구성된다.
또한, 상기 하위제어기(300)는 상기 자율주행제어기(200) 및 조향력 발생부(400)와 캔(CAN)통신으로 연결되어 상호간 정보전달이 원활하게 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기 하위제어기(300)에서 전달된 제어신호에 따라 조향력을 발생시키는 조향력 발생부(400)는 전달된 제어신호에 따라 일정 회전수 및 회전속도로 동작되는 모터(405)와, 상기 모터(405)에 연결되어 모터에서 출력되는 회전수를 일정비율로 감속시켜 출력시키는 유성감속기어(410)로 이루어지며, 상기 모터(405)와 유성감속기어(410)는 일체형으로 구성되어 그 설치 및 사후관리가 간편하게 이루어질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 조향력 발생부(400)에서 출력된 회전력을 전달받아 핸들(450)로 제공하는 상기 조향력 전달부(420)는 상기 유성감속기어(410)의 출력축(415)에 결합되어 회전력을 전달받아 회전되는 구동풀리(422)와, 상기 구동풀리(422)와 일정거리 이격되면서 구동풀리(422)에 대해 수평상태로 스티어링컬럼(440)에 설치되는 종동풀리(424)와, 상기 구동풀리(422)의 회전력을 종동풀리(424)로 전달하도록 상기 구동풀리(422)와 종동풀리(424) 사이에 설치된 구동벨트(426)와, 상부에 핸들(450)이 설치되고 하부에 조향로드(430)가 결합되어 종동풀리(424)의 중심부를 수직 관통하여 종동풀리(424)의 회전방향에 따라 좌우 설정된 범위 이내에서 회전이 이루어지는 스티어링컬럼(440)을 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 조향력 전달부(420)는 조향력 발생부(400)에서 전달받은 회전력을 핸들(450)이 결합된 스티어링 컬럼(440)측으로 확실하게 정확하고 오차 없이 신속하게 전달할 수 있도록 벨트방식의 동력전달구조로 이루어진다.
그리고, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 모터(405)와 유성감속기어(410)는 일체형으로 결합된 구조로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 모터(405)와 일체형으로 결합된 유성감속기어(410)는 차량의 내측 바닥면에 고정 설치되는 마운팅부재(402)의 상단부에 고정되어 수직 방향으로 설치된 구조로 이루어진다.
또한, 상기 유성감속기어(410)의 출력축(415)과 스티어링 컬럼(440) 사이에는 수평상태의 고정부재(427)가 설치되고, 상기 고정부재(427)에 구동풀리(422)와 종동풀리(424)가 안착되어 구동풀리(422)와 종동풀리(424) 사이의 이격된 거리가 견고하게 유지될 수 있도록 구성되며, 상기 구동풀리(422)와 종동풀리(424) 사이에는 구동벨트(426)가 외감되어 조향 회전력이 정확하고 시간적 딜레이 없이 신속하게 전달될 수 있도록 구성되어 아주 짧은 시간에 전달된 조향제어신호에 따라 핸들의 조향이 이루어지도록 구성된다.
상기 구동풀리(422)와 종동풀리(424)는 외주연에 톱니(gear)가 형성된 타이밍기어로 구성되고, 상기 구동벨트(426) 역시 그 내주면에 톱니(gear)가 형성된 타이밍벨트로 구성되어 구동풀리(422)에서 종동풀리(424)로 확실하고 신속한 회전력을 전달하도록 구성되어 정밀한 조향각 제어가 가능하도록 구성되며, 상기 구동벨트(426)의 재질은 고무나 금속재로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 구동벨트(426)의 외측으로는 커버(428)가 씌여져 회전하는 구동벨트(426)에 이물질이 유입되지 않도록 할뿐만 아니라 다른 부재의 간섭이 발생되지 않도록 하여 원활한 조향제어가 가능하도록 구성된다.
한편, 이하에서는 도 3을 참고하면서 상술한 본 발명에 따른 조향장치(500)의 주요 구성부에 대한 동작내용에 대해서 설명한다.
하위제어기(300)는 차량측 각종 센서모듈(330) 및 카메라(340)을 통해 자율주행차량의 운행상태 정보 및 차량의 외부에서 수집된 각종 정보를 자율주행제어기(200)로 통보하도록 구성된다.
자율주행제어기(200)는 하위제어기(300)에서 수집되어 통보된 각종 정보를 취합, 분석, 처리하고, 주행중인 자율주행차량의 조향 제어에 필요한 요인이 발생할 경우, 하위제어기로 조향제어에 필요한 신호를 출력시키게 된다.
상위제어기인 자율주행제어기(200)에서 하위제어기(300)로 보내지는 조향각 제어신호는 100ms와 조향각 0.1°단위로 출력하게 되고, 신호를 전달받은 하위제어기(300)는 조향력 발생부(400)인 모터로 그 신호를 전달하여, 모터의 회전력이 유성감속기어로 전달되고, 유성감속기어는 입력된 모터의 회전속도를 일정 감속비(20:1)로 감속시킨 후에 조향력 전달부(420)로 출력되도록 하여 핸들의 조향각을 제어할 수 있도록 구성된다.
상기 조향력 전달부(420)로 전달된 회전력은 구동풀리(422)와 구동벨트(426)을 통해 종동풀리(424)로 전달되고, 종동풀리(424)의 중앙부에 수직 관통 설치된 스티어링 컬럼(440)으로 최종 회전력이 전달되면서, 핸들(450)에 조향력이 발생되도록 한다.
상기 조향력 발생부(400)에서 전달된 회전력으로 조향력 전달부(420)에서 동작되는 조향각 범위는 편측 450°(좌/우 900°)의 범위에서 핸들을 제어할 수 있도록 구성되지만, 이러한 조향각 범위는 차량의 종류에 따라 다르게 설정할 수 있다.
한편, 핸들(450)에 조향력이 발생되는 경우, 상기 조향력 전달부(420) 또는 핸들(450)에 설치된 조향각 감지부(350)에서 핸들의 조향각 변위를 파악하여 상기 하위제어기(300) 측으로 통보하게 되고, 하위제어기(300)는 수신된 조향정보를 다시 자율주행제어기(200)로 피드백하게 된다.
또한, 핸들(450)에는 운전자가 갸입하여 핸들조작이 이루어지는 것을 감지하기 위한 핸들조작 감지부(360)가 구비되어 있어서, 상기 핸들조작 감지부(350)에서 감지된 신호 역시 하위제어기(300)를 거쳐 자율주행제어기(200)측으로 피드백되도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 조향장치(500)가 적용되는 자율주행차량은 운전자의 동승 여부에 관계없이 자율주행 초기 단계에서부터 고도화 단계에 이르는 자율주행차량에 적용되기 때문에, 만약 운전자가 탑승된 상태에서 운전자가 임의로 자율주행차량의 조향을 위해 핸들을 조작한 것으로 감지되어 하위제어기로 운전자 핸들 조작 상태가 통지될 경우 그 신호는 자율주행제어기로 전달되고, 자율주행제어기에서는 자율주행 제어모드에서 수동주행모드로 변경된 제어신호를 출력하게 된다.
한편, 상기 하위제어기(300)에는 상기 조향각 감지부(350)에서 감지된 조향 동작 신호와 자율주행제어기에서 하단된 조향제어 신호가 일치하는지 여부를 판단하는 조향제어신호 일치판단부(310)가 구비되고, 또한 상기 핸들조작 감지부(360)에서 감지된 신호를 토대로 운전자가 개입하여 핸들을 조작하는지 여부를 판단하는 운전자 개입판단부(312)가 구비되며, 상기 조향제어신호 일치판단부(310) 및 운전자 개입판단부(312)에서 판단된 내용을 자율주행제어기(200)로 전송하는 조향정보 회신부(314)가 더 구비된다.
그리고, 상기 하위제어기(300)에서 피드백 된 조향정보는 자율주행제어기(200)의 조향명령 확인부(220)에서 최초 하달된 조향 제어신호와 핸들의 조향동작 감지신호를 통해 수집된 실제 차량의 조향정보를 확인하여 제어신호에 오차가 있을 경우 다시 조향 제어신호를 하위제어기(300)로 전송하고, 최초 조향 제어신호와 차량측에서 감지된 조향동작 감지신호가 일치하는 것으로 파악된 경우 그 조향제어신호가 유지되도록 결정하게 된다.
이와 같이, 자율주행제어기에서는 자율주행차량의 조향 제어신호를 하위제어기로 하달하고, 하위제어기에 수신된 조향 제어신호는 조향력 발생부와 조향력 전달부를 통해 최종적으로 핸들로 전달되어 필요한 조향이 이루어지도록 한다.
또한, 핸들이나 조향력 전달부 측에 구비된 조향각 감지부 및 핸들조작 감지부에서 감지된 신호는 실시간 하위제어기로 수집되고, 하위제어기에서는 수집된 각부 센싱 정보를 확인 한 후에 자율주행제어기로 피드백하여 자율주행제어기에서 조향제어신호대로 핸들 조향이 이루어지고 있는지 확인하고, 필요에 따라 조향제어 신호를 다시 출력시키는 일련의 과정이 반복되면서 자율주행차량의 조향장치를 제어할 수 있도록 한다.
이상, 본 발명에 따른 자율주행차량의 조향장치에 대하여 첨부된 일 실시예의 도면을 토대로 설명하였으나, 당업자는 본 발명에 따른 조향장치의 단순한 설계변경이나 일부 제어프로세스의 추가를 통해 변형된 실시예로 자율주행차량의 조향장치를 구성할 수 있을 것이다.
100 : 관제서버
200 : 자율주행제어기 210 : 주행모드 전환부
220 : 조향명령 확인부
300 : 하위제어기 310 : 조향제어신호 일치판단부
312 : 운전자 개입판단부 314 : 조향정보 회신부
320 : 센서모듈 330 : 카메라
350 : 조향동작 감지부 360 : 핸들조작 감지부
400 : 조향력 발생부 402 : 마운팅부재
405 : 모터 410 : 유성감속기어
415 : 출력축
420 : 조향력 전달부 422 : 구동풀리
424 : 종동풀리 426 : 구동벨트
427 : 고정부재 428 : 커버
430 : 조향로드 440 : 스티어링 컬럼
450 : 핸들
500 : 조향장치

Claims (3)

  1. 자율주행차량에 탑재되어 자율주행을 제어하는 자율주행제어기(200)와, 자율주행차량의 각종 센서로부터 차량의 주행상태 및 주변의 각종 정보를 획득하여 상기 자율주행제어기로 전송하도록 상기 자율주행제어기와 캔(Can) 통신으로 연결된 상태에서 상기 자율주행제어기(200)에서 수신된 자율주행제어명령을 각 구동부로 전달하는 하위제어기(300)와, 상기 하위제어기(300)에서 전달된 제어신호를 통해 조향력을 발생하는 모터(405) 및 상기 모터에 연결되어 회전수 및 회전속도를 일정비로 감속시키는 유성감속기어(410)를 포함하는 조향력 발생부(400)와, 상기 조향력 발생부(400)에서 발생된 조향력을 핸들로 전달하는 조향력 전달부(420)를 포함하되,
    상기 조향력 전달부(420)는,
    상기 유성감속기어(410)의 출력축에 결합된 구동풀리(422)와, 상기 구동풀리(422)와 일정거리 이격되면서 구동풀리와 수평으로 스티어링컬럼에 설치되는 종동풀리(424)와, 상기 구동풀리(422)의 회전력을 종동풀리(424)로 전달하도록 구동풀리와 종동풀리 사이에 설치되는 구동벨트(426)와, 상부에 핸들(450)이 설치되고 하부에 조향로드(430)가 결합되어 상기 종동풀리(424)의 중심부를 수직 관통하여 종동풀리(424)의 회전방향에 따라 좌우 회전되는 스티어링컬럼(428);을 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 조향장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조향력 전달부(420) 또는 상기 스티어링 컬럼(440)에는 핸들(450)의 회전상태를 감시하는 조향동작 감지부(350)가 설치되고,
    상기 핸들(450)에는 운전자가 핸들을 조작하는 것을 감지하기 위한 핸들조작 감지부(360)가 구비되며,
    상기 하위제어기(300)에는,
    상기 조향동작 감지부(350)에서 감지된 조향 신호값을 수신하여 자율주행제어기(200)에서 하달된 조향제어 신호값과 일치하는지 여부를 파악하는 조향제어신호 일치판단부(310)와,
    상기 핸들조작 감지부(360)에서 전송된 신호를 수신하여 운전자 개입여부를 판단하는 운전자 개입판단부(312)와,
    상기 조향제어신호 일치판단부(310)와 운전자 개입판단부(312)에서 파악된 정보를 상기 자율주행제어기(200)로 전송하는 조향정보 회신부(314);가 더 포함된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 조향장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자율주행제어기(200)에는 상기 하위제어기(300)에서 제공되는 조향정보를 통해 운전자 개입이 이루어진 것으로 판단된 경우, 자율주행차량의 주행모드를 수동모드로 전환시키는 주행모드 전환부(210)와,
    상기 하위제어기(300)에서 피드백된 조향정보가 최초 하달된 조향 제어신호와 동일한지 여부를 확인하여 동일할 경우 최초 조향제어 신호값을 유지하고, 상이할 경우 조향제어 신호값을 재전송하는 조향명령 확인부(220);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자율주행차량의 조향장치.
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KR20190098783A (ko) 2018-01-29 2019-08-23 현대모비스 주식회사 차량용 핸들 제어 장치
KR102035341B1 (ko) 2018-09-03 2019-10-22 최문규 자율 주행 차량의 핸들 전환 시스템

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