KR20230076045A - 차량용 코너 모듈 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 코너 모듈 장치는 지령 조향각을 획득하는 지령 조향각 획득부; 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득하는 동역상 비율 획득부; 상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각으로부터 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 전륜각과 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하며, 상기 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출한 후, 상기 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 상기 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1 내지 제4 목표각의 산출 방식은 상기 동역상 비율의 값에 따라 차별적으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 코너 모듈 장치 및 그 동작 방법{CORNER MODULE APPARATUS FOR VEHICLE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 코너 모듈 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동, 제동, 조향, 현가 시스템이 일체형으로 구성되는 차량용 코너 모듈 장치와 그의 동작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차는 배기가스의 배출이 전혀 없는 친환경 차량을 말하며, 주행을 위한 에너지를 공급하는 고전압 배터리와, 고전압 배터리로부터 출력되는 전력으로부터 회전력을 발생시키는 주행용 모터 등이 탑재되어 있고, 모터의 회전동력이 구동축을 통해 휠로 전달되어 주행이 이루어진다.
최근에는 감속기나 차동기어와 같은 중간 단계의 동력전달장치를 생략할 수 있어 차량의 무게를 감소시킬 수 있고, 동력전달과정에서의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 장점을 고려하여 휠의 내부에 모터를 직접 내설하여 모터의 동력이 휠에 직접 전달하도록 하는 인휠 모터 차량이 각광받고 있으며, 이에 더 나아가 구동 시스템뿐만 아니라 제동, 조향, 현가 시스템이 일체형으로 구성된 휠에 대한 개발 또한 활발하게 이루어지고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0041855호(2019.04.23 공개, 발명의 명칭: 인휠 모터 차량의 조향 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 차량의 목적에 맞게 휠의 개수 및 배치를 자유롭게 조절할 수 있는 차량용 코너 모듈 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 각각의 휠의 동작을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 코너 모듈 장치는 지령 조향각을 획득하는 지령 조향각 획득부; 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득하는 동역상 비율 획득부; 상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각으로부터 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 전륜각과 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하며, 상기 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출한 후, 상기 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 상기 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제1 내지 제4 목표각의 산출 방식은 상기 동역상 비율의 값에 따라 차별적으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 지령 조향각에 미리 설정된 조향 민감도값(Steering Sensitivity)을 곱하여 상기 지령 전륜각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 동역상 비율은 -1 내지 1의 값을 갖되, 상기 동역상 비율의 부호는 상기 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부를 나타내고 상기 동역상 비율의 크기는 상기 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 조향각 비율을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 동역상 비율의 값에 따라 조향 제어 모드를 차별적으로 결정하여 상기 제1 내지 제4 목표각을 산출하되, 상기 조향 제어 모드는 상기 동역상 비율이 0인 경우에 해당하는 전륜 조향 모드, 상기 동역상 비율이 0 초과 1 이하인 경우에 해당하는 사륜 동상 조향 모드, 및 상기 동역상 비율이 -1 이상 0 미만인 경우에 해당하는 사륜 역상 조향 모드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 전륜 조향 모드에서, 상기 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델(Ackerman Geometry Model)을 적용하여 상기 제1 및 제2 목표각을 산출하고, 상기 차량의 종방향을 지시하는 중립각으로 상기 제3 및 제4 목표각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 동역상 비율이 0 초과 1 미만인 상태에서의 상기 사륜 동상 조향 모드와 상기 사륜 역상 조향 모드에서, (ⅰ)상기 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 상기 제1 및 제2 목표각을 산출하고, (ⅱ)상기 지령 전륜각에 상기 동역상 비율을 적용하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 후륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 상기 제3 및 제4 목표각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 동역상 비율이 1인 상태에서의 상기 사륜 동상 조향 모드에서, 상기 지령 전륜각으로 상기 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 동역상 비율은, 운전자의 조작에 따라 변경 설정 가능하도록 구성되고, 상기 제어부는, 상기 동역상 비율의 변경에 의해 상기 조향 제어 모드의 천이가 야기된 경우, 상기 네 개의 차륜의 조향각의 변경 속도를 미리 설정된 제어 속도로 제어함으로써 미리 설정된 과도 시간동안 상기 조향 제어 모드의 천이를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법은 지령 조향각 획득부가, 지령 조향각을 획득하는 단계; 동역상 비율 획득부가, 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득하는 단계; 제어부가, 상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각으로부터 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 전륜각과 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하는 단계; 상기 제어부가, 상기 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 단계; 및 상기 제어부가, 상기 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 상기 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 단계;를 포함하되, 상기 제1 내지 제4 목표각의 산출 방식은 상기 동역상 비율의 값에 따라 차별적으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량의 종류, 목적에 맞게 제1플랫폼과 제2플랫폼의 개수 및 배치를 조절할 수 있음에 따라 설계의 자유도가 향상되며, 다양한 종류의 PBV 차량의 양산이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 코너 모듈이 각각의 휠의 동작을 독립적으로 조절할 수 있음에 따라 주행 상태에 적합한 안정적인 주행이 가능하며, 제자리 선회 및 측면 주행 등 조향각의 범위를 보다 넓게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인플랫폼의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼과 제2코너모듈플랫폼의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈체결부와 제2코너모듈체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 도 14와 다른 시점에서 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향구동유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 15, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 작동도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼과 제2코너모듈플랫폼의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 19, 도 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈연장체결부와 제2코너모듈연장체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 기능을 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용(개별 조향 아키텍처)에서 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 일련의 과정을 개괄적으로 보인 예시도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용(개별 조향 아키텍처)에서 전륜 조향 모드에서의 제1 내지 제4 목표각을 보인 예시도이다.
도 25, 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용(개별 조향 아키텍처)에서 사륜 동상 조향 모드에서의 제1 내지 제4 목표각을 보인 예시도이다.
도 27, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용(개별 조향 아키텍처)에서 사륜 역상 조향 모드에서의 제1 내지 제4 목표각을 보인 예시도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용(개별 조향 아키텍처)에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 30 내지 도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제2 적용(개별 조향을 통한 제동 메커니즘)에서 경사로와 차량의 위치 관계를 보인 예시도이다.
도 34 내지 도 36은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제2 적용(개별 조향을 통한 제동 메커니즘)에서 방향각에 따른 각 차륜의 정렬 상태를 보인 예시도이다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제2 적용(개별 조향을 통한 제동 메커니즘)에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제3 적용(직진 주행 성능 개선을 위한 자세 제어 메커니즘)에서 가변 게인이 결정되는 방식을 보인 예시도이다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제3 적용(직진 주행 성능 개선을 위한 자세 제어 메커니즘)에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제4 적용(슬립 해소를 위한 자세 제어 메커니즘)에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 41은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용(목표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘)에서 거리 정보 및 중심 목표 곡률을 산출하는 과정을 보인 예시도이다.
도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용(목표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘)에서 좌륜 목표 곡률 및 우륜 목표 곡률을 산출하는 과정을 보인 예시도이다.
도 43은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용(목표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘)에서 목표 조향각을 산출하는 과정을 보인 예시도이다.
도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용(표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘)에서 각 차륜의 조향을 독립적으로 제어하는 방식을 보인 블록구성도이다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용(목표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘)에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량 및 차량용 코너 모듈 장치의 동작방법의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
Ⅰ. 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량은 차량용 코너 모듈 장치(1), 탑햇(2), 도어부(3)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치(1)는 프레임 모듈(100), 코너 모듈(200)을 포함한다.
프레임 모듈(100)은 차체의 하방에 설치되어 코너 모듈(200), 배터리(400) 및 인버터(500)를 전체적으로 지지한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임 모듈(100)은 메인플랫폼(1100), 제1코너모듈플랫폼(1200A), 제2코너모듈플랫폼(1200B)을 포함한다.
메인플랫폼(1100)은 차체의 하방에 설치되고, 내부에 후술하는 코너 모듈(200)로 전원을 공급하는 배터리(400)가 장착된다. 메인플랫폼(1100)은 배터리(400)로부터 가해지는 하중을 충분히 견딜 수 있도록 금속 등과 같은 높은 강성의 재질로 구비될 수 있다. 배터리(400)의 높이는 메인플랫폼(1100)의 높이보다 낮게 형성된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인플랫폼(1100)의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메인플랫폼(1100)은 메인플레이트(1110), 메인휠하우징(1120), 메인체결부(1130)를 포함한다.
메인플레이트(1110)는 메인플랫폼(1100)의 중앙부 외관을 형성하고, 후술하는 메인휠하우징(1120)을 전체적으로 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메인플레이트(1110)는 지면과 나란하게 배치되는 평판의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 메인플레이트(1110)의 상면에는 배터리(400)가 안착되며, 필요에 따라 인버터(500)가 안착되는 것도 가능하다. 메인플레이트(1110)는 메인플레이트(1110)의 면적은 차체의 크기, 배터리(400)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
메인휠하우징(1120)은 메인플레이트(1110)로부터 연장되고, 코너 모듈(200)이 수용되는 공간을 마련한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메인휠하우징(1120)은 메인플레이트(1110)의 상면으로부터 상방으로 수직하게 연장되는 기둥의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 메인휠하우징(1120)은 메인플레이트(1110)의 모서리 측에 배치되고, 외측면이 개구되어 있도록 형성된다. 예를 들어, 메인휠하우징(1120)은 도 3에 도시된 바와 같이 대략 "ㄱ"자 형태의 단면 형상을 갖고 메인플레이트(1110)의 모서리 상면으로부터 연장될 수 있다. 이에 따라 메인휠하우징(1120)은 내부에 코너 모듈(200)이 수용되는 공간을 마련할 수 있다.
메인휠하우징(1120)의 상단부는 메인플레이트(1110)와 나란하게 배치되는 평판의 형상을 갖도록 형성된다. 이에 따라 메인휠하우징(1120)은 상단부에 후술하는 메인체결부(1130)가 형성될 수 있는 공간을 마련할 수 있다.
메인휠하우징(1120)은 복수개로 구비될 수 있다. 복수개의 메인휠하우징(1120)은 메인플레이트(1110)의 복수개의 모서리 측에 각각 배치될 수 있다.
메인체결부(1130)는 메인플레이트(1110)와 메인휠하우징(1120)에 구비되고, 후술하는 제2플랫폼(1200)과 체결된다.
도 4, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메인체결부(1130)는 상부메인체결부(1131), 하부메인체결부(1132)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상부메인체결부(1131)는 메인휠하우징(1120)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 상부메인체결부(1131)는 메인휠하우징(1120) 상측면으로부터 하방으로 수직하게 연장된다. 상부메인체결부(1131)는 후술하는 제1코너모듈상부체결부(1231A) 및 제2코너모듈상부체결부(1231B)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 상부메인체결부(1131)는 후술하는 제1코너모듈플랫폼(1200A) 및 제2코너모듈플랫폼(1200B)과 마주보게 배치되는 메인휠하우징(1120)의 단부에 배치된다. 상부메인체결부(1131)는 복수개로 구비되어 각각의 메인휠하우징(1120)에 개별적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하부메인체결부(1132)는 메인플레이트(1110)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 하부메인체결부(1132)는 후술하는 제1코너모듈하부체결부(1232A) 및 제2코너모듈하부체결부(1232B)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.
하부메인체결부(1132)는 상부메인체결부(1131)와 반대 방향으로 연장된다. 보다 구체적으로, 하부메인체결부(1132)는 메인플레이트(1110)의 하측면으로부터 상방으로 수직하게 연장된다. 이에 따라 상부메인체결부(1131)와 하부메인체결부(1132)는 후술하는 제1코너모듈체결부(1230A) 및 제2코너모듈체결부(1230B)와 체결 시 제1코너모듈체결부(1230A) 및 제2코너모듈체결부(1230B)가 어느 한 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
하부메인체결부(1132)는 한 쌍으로 구비되어 후술하는 제1코너모듈플랫폼(1200A) 및 제2코너모듈플랫폼(1200B)과 마주보게 배치되는 메인플레이트(1110)의 단부에 각각 배치된다.
제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 메인플랫폼(1100)의 양측에 각각 착탈 가능하게 결합된다. 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 하측에 후술하는 코너 모듈(200)이 결합되어 코너 모듈(200)을 지지한다. 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 내부에 코너 모듈(200) 및 배터리(400)로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 코너 모듈(200)로 전달하는 인버터(500)가 장착된다. 인버터(500)의 높이는 제1코너모듈플레이트(1210A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)의 높이보다 낮게 형성된다. 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 코너 모듈(200) 및 배터리(400)로부터 가해지는 하중을 충분히 견딜 수 있도록 금속 등과 같은 높은 강성의 재질로 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼과 제2코너모듈플랫폼의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼(1200A)은 제1코너모듈플레이트(1210A), 제1코너모듈휠하우징(1220A), 제1코너모듈체결부(1230A)를 포함한다.
제1코너모듈플레이트(1210A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)의 중앙부 외관을 형성하고, 후술하는 제1코너모듈휠하우징(1220A)을 전체적으로 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈플레이트(1210A)는 지면과 나란하게 배치되는 평판의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1코너모듈플레이트(1210A)의 상면에는 인버터(500)가 안착되며, 필요에 따라 배터리(400)가 안착되는 것도 가능하다. 제1코너모듈플레이트(1210A)의 면적은 메인플레이트(1210), 인버터(500)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
제1코너모듈휠하우징(1220A)은 제1코너모듈플레이트(1210A)로부터 연장되고, 코너 모듈(200)이 수용되는 공간을 마련한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈휠하우징(1220A)은 메인플레이트(1110)의 상면으로부터 상방으로 연장되는 판의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1코너모듈휠하우징(1220A)은 한 쌍으로 구비되어 제1코너모듈플레이트(1210A)의 폭 방향 단부에 각각 배치될 수 있다.
제1코너모듈휠하우징(1220A)에는 코너 모듈(200)을 지지하는 제1마운팅플레이트(1221A)가 구비된다. 제1마운팅플레이트(1221A)는 제1코너모듈휠하우징(1220A)의 상단부로부터 제1코너모듈플레이트(1210A)의 폭 방향으로 연장되는 평판의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1마운팅플레이트(1221A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)와 평행하게 배치된다. 제1마운팅플레이트(1221A)는 하측면이 볼팅 결합 등에 의해 코너 모듈(200)과 착탈 가능하게 결합된다.
이 경우, 제1코너모듈휠하우징(1220A)은 도 6에 도시된 바와 같이 대략 "ㄱ"자 형태의 단면 형상을 갖고 제1코너모듈플레이트(1210A)의 폭 방향 외측으로 연장될 수 있다. 이에 따라 제1코너모듈휠하우징(1220A)은 내부에 코너 모듈(200)이 수용되는 공간을 마련할 수 있다.
제1코너모듈체결부(1230A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)와 제1코너모듈휠하우징(1220A)에 구비되고, 메인플랫폼(1110)의 일측에 배치되는 메인체결부(1130)과 체결된다. 제1코너모듈체결부(1230A)는 메인플랫폼(1100)과 제1코너모듈플랫폼(1200A)의 조립 시 메인플랫폼(1110)의 일측에 배치되는 메인체결부(1130)와 마주보는 위치에 배치된다. 제1코너모듈체결부(1230A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1110)의 일측에 배치되는 메인체결부(1130)와 걸림 결합된다. 이에 따라 메인체결부(1130)와 제1코너모듈체결부(1230A)는 메인플랫폼(1100)과 제1코너모듈플랫폼(1200A)의 조립 성능을 향상시킬 수 있다.
도 7, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈체결부와 제2코너모듈체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈체결부(1230A)는 제1코너모듈상부체결부(1231A), 제1코너모듈하부체결부(1232A)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈상부체결부(1231A)는 제1코너모듈휠하우징(1220A)의 외측면으로부터 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1코너모듈상부체결부(1231A)는 제1마운팅플레이트(1221A)의 전방 또는 후방 단부 보다 구체적으로, 메인플랫폼(1100)의 일측 단부와 마주보게 배치되는 단부로부터 수평하게 연장된다. 제1코너모듈상부체결부(1231A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1100)의 일측에 배치되는 상부메인체결부(1131)로 삽입된다. 이 경우, 제1코너모듈상부체결부(1231A)는 메인플랫폼(1100)의 일측에 배치되는 상부메인체결부(1131)와 걸림 결합될 수 있도록 단부가 후크 형태로 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 제1코너모듈상부체결부(1231A)는 복수개로 구비되어 각각의 제1코너모듈휠하우징(1220A)에 개별적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈하부체결부(1232A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)의 외측면으로부터 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1코너모듈하부체결부(1232A)는 제1코너모듈플레이트(1210A) 전방 또는 후방 중 어느 하나의 단부, 보다 구체적으로, 메인플랫폼(1100)의 일측 단부와 마주보게 배치되는 단부로부터 수평하게 연장된다. 제1코너모듈하부체결부(1232A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1100)의 일측에 배치되는 하부메인체결부(1132)로 삽입된다.
제1코너모듈하부체결부(1232A)는 하부메인체결부(1132)와 걸림 결합될 수 있도록 단부가 후크 형태로 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제1코너모듈하부체결부(1232A)의 단부는 제1코너모듈상부체결부(1231A)의 단부와 반대 방향으로 절곡된다. 예를 들어, 제1코너모듈상부체결부(1231A)의 단부는 하방으로 절곡되고, 제1코너모듈하부체결부(1232A)의 단부는 상방으로 절곡될 수 있다. 이에 따라 제1코너모듈상부체결부(1231A)와 제1코너모듈하부체결부(1232A)는 메인체결부(1130)와 체결 시 상부메인체결부(1131)와 하부메인체결부(1132)가 어느 한 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 제2코너모듈플레이트(1210B), 제2코너모듈휠하우징(1220B), 제2코너모듈체결부(1230B)를 포함한다.
제2코너모듈플레이트(1210B), 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 구체적인 형상은 상술한 제1코너모듈플레이트(1210A), 제2코너모듈휠하우징(1220A)과 동일한 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
제2코너모듈체결부(1230B)는 제2코너모듈플레이트(1210B)와 제2코너모듈휠하우징(1220B)에 구비되고, 메인플랫폼(1110)의 타측에 배치되는 메인체결부(1130)과 체결된다. 제2코너모듈체결부(1230B)는 메인플랫폼(1100)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 조립 시 메인플랫폼(1110)의 타측에 배치되는 메인체결부(1130)와 마주보는 위치에 배치된다. 제2코너모듈체결부(1230B)는 제2코너모듈플랫폼(1200B)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1110)의 타측에 배치되는 메인체결부(1130)와 걸림 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈체결부(1230B)는 제2코너모듈상부체결부(1231B), 제2코너모듈하부체결부(1232B)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈상부체결부(1231B)는 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 외측면으로부터 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2코너모듈상부체결부(1231B)는 제2마운팅플레이트(1221B)의 전방 또는 후방 단부 보다 구체적으로, 메인플랫폼(1100)의 타측 단부와 마주보게 배치되는 단부로부터 수평하게 연장된다. 제2코너모듈상부체결부(1231B)는 제2코너모듈플랫폼(1200B)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1100)의 일측에 배치되는 상부메인체결부(1131)로 삽입된다. 이 경우, 제2코너모듈상부체결부(1231B)는 메인플랫폼(1100)의 일측에 배치되는 상부메인체결부(1131)와 걸림 결합될 수 있도록 단부가 후크 형태로 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 제2코너모듈상부체결부(1231B)는 복수개로 구비되어 각각의 제2코너모듈휠하우징(1220B)에 개별적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈하부체결부(1232B)는 제1코너모듈플레이트(1210B)의 외측면으로부터 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2코너모듈하부체결부(1232B)는 제2코너모듈플레이트(1210B) 전방 또는 후방 중 어느 하나의 단부, 보다 구체적으로, 메인플랫폼(1100)의 타측 단부와 마주보게 배치되는 단부로부터 수평하게 연장된다. 제2코너모듈하부체결부(1232B)는 제1코너모듈플랫폼(1200B)이 메인플랫폼(1100)과 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 메인플랫폼(1100)의 타측에 배치되는 하부메인체결부(1132)로 삽입된다.
제2코너모듈하부체결부(1232B)는 하부메인체결부(1132)와 걸림 결합될 수 있도록 단부가 후크 형태로 절곡되는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 제2코너모듈하부체결부(1232B)의 단부는 제2코너모듈상부체결부(1231B)의 단부와 반대 방향으로 절곡된다. 예를 들어, 제2코너모듈상부체결부(1231B)의 단부는 하방으로 절곡되고, 제2코너모듈하부체결부(1232B)의 단부는 상방으로 절곡될 수 있다. 이에 따라 제2코너모듈상부체결부(1231B)와 제2코너모듈하부체결부(1232B)는 메인체결부(1130)와 체결 시 상부메인체결부(1131)와 하부메인체결부(1132)가 어느 한 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
코너 모듈(200)은 프레임 모듈(100)에 의해 지지되고, 차량의 휠(300)과 연결되어 구동, 제동, 조향, 현가 등의 동작을 전반적으로 수행한다. 코너 모듈(200)은 복수개로 구비되어 각각의 휠(300)에 개별적으로 연결될 수 있다. 복수개의 코너 모듈(200)은 각각의 휠(300)에 대해 구동, 제동, 조향, 현가 등의 동작을 독립적으로 수행할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 도 9와 다른 시점에서 나타내는 사시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 측면도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 구성을 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 9 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈(200)은 구동유닛(2100), 제동유닛(2200), 서스펜션유닛(2300), 조향유닛(2400)을 포함한다.
구동유닛(2100)은 휠(300)에 구동력을 제공하여 휠(300)을 회전시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동유닛(2100)은 인휠 모터(2110), 너클(2120)을 포함한다.
인휠 모터(2110)는 휠(300)의 내측에 설치되어 구동력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인휠 모터(2110)는 휠(300)의 내측에 고정되고, 배터리(400)로부터 전원을 인가받아 자계를 형성하는 스테이터와, 휠(300)의 내측에 회전 가능하게 설치되고, 스테이터와의 전자기적 상호작용에 의해 휠(300)을 회전시키는 로터를 포함하여 구성될 수 있다. 스테이터와 로터는 중심축이 휠(300)의 중심축과 동일선상에 위치하고, 휠(300)의 내측에서 동심원상으로 상호 적층되도록 배치될 수 있다.
너클(2120)은 인휠 모터(2110)와 결합되고, 구동유닛(2100)과 후술하는 제동유닛(2200) 및 서스펜션유닛(2300)의 사이에서 기계적인 연결을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 너클(2120)은 볼팅 등에 의해 인휠 모터(2110)의 스테이터에 결합되어 지지될 수 있다. 너클(2120)은 휠베어링 등을 매개로 인휠 모터(2110)의 로터를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 너클(2120)은 충분한 강성을 확보하기 위해 금속 계열의 소재를 주물 등으로 성형하여 제작될 수 있다. 너클(2120)의 구체적인 형상은 도 18에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니고, 인휠 모터(2110)를 지지할 수 있는 다양한 형상으로 설계 변경이 가능하다.
제동유닛(2200)은 휠(300)의 회전에 간섭되어 제동력을 인가하거나 해제한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제동유닛(2200)은 브레이크 디스크(2210), 브레이크 캘리퍼(2220)를 포함한다.
브레이크 디스크(2210)는 휠(300) 또는 인휠 모터(2110)와 연결되고, 휠(300)의 회전에 연동되어 회전된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크(2210)는 원판 형상을 갖도록 형성되어 휠(300)의 내측에 설치된다. 브레이크 디스크(2210)는 중심축이 휠(300)의 중심축과 동일선상에 위치하도록 배치된다. 브레이크 디스크(2210)는 볼팅 등에 의해 휠(300) 또는 인휠 모터(2110)의 로터와 일체로 연결될 수 있다. 이에 따라 브레이크 디스크(2210)는 휠(300)의 회전 시 휠(300)과 함께 중심축을 축으로 회전될 수 있다. 브레이크 디스크(2210)의 직경은 휠(300)의 직경, 인휠 모터(2110)의 크기 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
브레이크 캘리퍼(2220)는 차량의 제동 시 브레이크 디스크(2210)를 가압하여 제동력을 인가한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 캘리퍼(2220)는 브레이크 디스크(2210)와 마주보게 배치되는 브레이크 패드, 너클(2120)에 결합되고, 브레이크 패드를 이동 가능하게 지지하는 캘리퍼 하우징 및 캘리퍼 하우징에 진퇴 이동 가능하게 설치되고, 이동 방향에 따라 브레이크 패드를 브레이크 디스크(2210)로 향해 가압하거나 가압 해제하는 피스톤을 포함하여 구성될 수 있다.
서스펜션유닛(2300)은 구동유닛(2100)과 연결되고, 차량의 주행 시 노면으로부터 전달되는 충격을 흡수한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션유닛(2300)은 서스펜션암(2310), 쇽업소버모듈(2320)을 포함한다.
서스펜션암(2310)은 구동유닛(2100)과 후술하는 조향유닛(2400)의 사이에 구비되어 휠(300)을 지지한다. 보다 구체적으로, 서스펜션암(2310)은 휠(300)을 차체와 연결시킴과 동시에 자체적인 강성에 의해 차량의 주행 중 휠(300)로부터 가해지는 하중을 흡수하며, 휠(300)의 움직임을 조절하는 역할을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서스펜션암(2310)은 제1암(2311), 제2암(2312)을 포함할 수 있다.
제1암(2311)과 제2암(2312)은 일단이 조향유닛(2400)의 조향본체(2410)에 회전 가능하게 연결되고, 타단이 구동유닛(2100)의 너클(2120)에 회전 가능하게 연결된다. 이 경우, 제1암(2311)과 제2암(2312)은 부시, 볼조인트, 핀 등을 매개로 조향본체(2410) 및 너클(2120)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 제1암(2311)과 제2암(2312)은 상하 방향으로 이격되어 마주보게 배치된다. 제1암(2311)과 제2암(2312)은 더블위시본 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라 제1암(2311)과 제2암(2312)은 휠(300)의 네거티브 캠버 설정이 가능해져 차량의 코너링 성능을 향상시킬 수 있고, 차고를 낮추는 저상화 설정이 가능해질 수 있다. 제1암(2311)과 제2암(2312)은 소정 각도를 이루도록 경사지게 배치될 수 있다. 이에 따라 제1암(2311)과 제2암(2312)은 상호간에 이루는 상대 각도를 통해 차량의 종류, 주행 조건 등에 대응되는 SVSA(Side View Swing Arm)의 길이 및 중심을 설정할 수 있다.
쇽업소버모듈(2320)은 길이 방향을 따라 신축 가능하게 구비되어 노면으로부터 휠(300)을 통해 차체로 전달되는 충격 또는 진동을 흡수한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 쇽업소버모듈(2320)은 실린더(2321), 로드(2322), 탄성체(2323)을 포함한다.
실린더(2321)는 상하 방향으로 연장되며 내부에 유체가 충진된다. 실린더(2321)는 하단부가 제1암(2311)을 관통하여 제2암(2312)의 상측면에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
로드(2322)는 실린더(2321)의 길이 방향을 따라 연장된다. 로드(2322)는 하측이 실린더(2321)의 상단부로 삽입되어 실린더(2321)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 로드(2322)는 타측이 조향본체(2410)에 볼팅 등에 의해 결합된다. 로드(2322)는 실린더(2321) 내부에 충진된 유체의 압력에 연동되어 실린더(2321)의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동된다.
탄성체(2323)는 실린더(2321) 및 로드(2322)의 외측면을 감싸도록 배치되고, 로드(2322)의 슬라이드 이동에 연동되어 길이가 가변된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성체(2323)는 길이 방향을 따라 신축 가능한 코일 스프링의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 탄성체(2323)는 양단부가 각각 실린더(2321)에 고정되는 하부 시트(2324) 및 로드(2322)에 고정되는 상부 시트(2325)에 결합되어 지지될 수 있다. 탄성체(2323)는 로드(2322)의 슬라이드 이동 시 압축 또는 인장되며 탄성복원력을 축적하고, 축적된 탄성복원력에 의해 노면으로부터 인가되는 충격을 상쇄시킬 수 있다.
조향유닛(2400)은 서스펜션유닛(2300)과 연결되고, 프레임 모듈(100)의 하측에 회전 가능하게 설치된다. 조향유닛(2400)은 프레임 모듈(100)을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되며 휠(300)의 조향각을 조절한다. 조향유닛(2400)은 프레임 모듈(100)의 하측에 설치되어 코너 모듈(200)의 구조 일부가 프레임 모듈(100)의 상측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있어 차체 마운팅 설계 및 패키지, 차량 디자인시 공간적, 형상적 문제를 해결 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조향유닛(2400)은 조향본체(2410), 조향구동유닛(2420)을 포함한다.
조향본체(2410)는 프레임 모듈(100)의 하측면과 마주보게 배치되고, 서스펜션유닛(2300)을 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조향본체(2410)는 길이 방향이 차량의 높이 방향과 나란한 방향으로 연장되어 프레임 모듈(100)과 서스펜션유닛(2300) 사이에 배치된다. 조향본체(2410)는 상단부의 면적이 하단부의 면적보다 크게 형성된다. 이에 따라 조향본체(2410)는 대략 "ㄱ"자 단면 형상을 갖도록 형성된다. 조향본체(2410)의 하단부는 부시, 볼조인트, 핀 등을 매개로 제1암(2311)과 제2암(2312)의 일단부와 결합되어 제1암(2311)과 제2암(2312)을 회전 가능하게 지지한다. 조향본체(2410)의 상단부 하측면은 볼팅 등에 의해 로드부(2322)의 상단부와 결합되어 쇽업소버모듈(2320)을 지지한다.
조향본체(2410)에는 후술하는 조향구동유닛(2420)이 수용되는 수용부(2411)가 구비된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수용부(2411)는 조향본체(2410)의 상단부 상측면으로부터 하방으로 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 수용부(2411)의 구체적인 단면 형상은 조향구동유닛(2420)의 형상에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다.
조향구동유닛(2420)은 조향본체(2410)에 설치되고, 조향본체(2410)를 프레임 모듈(100)에 대해 회전 가능하게 지지한다. 조향구동유닛(2420)은 차량의 조향 시 프레임 모듈(100)을 축으로 회전되며 조향본체(2410)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킨다. 이에 따라 서스펜션유닛(2300)을 매개로 조향본체(2410)와 연결된 휠(300)의 조향각이 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조향구동유닛(2420)은 동력발생모듈(2421), 회전모듈(2422), 동력전달모듈(2423)을 포함한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 조향구동유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조향구동유닛(2420)은 동력발생모듈(2421), 회전모듈(2422), 동력전달모듈(2423)을 포함한다.
동력발생모듈(2421)은 전원을 인가받아 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동력발생모듈(2421)은 외부로부터 인가되는 전원을 회전력으로 변환하여 구동축(2421a)을 통해 출력하는 다양한 종류의 전동 모터로 예시될 수 있다. 동력발생모듈(2421)은 프레임 모듈(100)에 설치된 배터리(400)와 연결되어 배터리(400)로부터 전원을 공급받을 수 있다.
동력발생모듈(2421)은 수용부(2411)의 일측에 안착되고, 볼팅 등에 의해 조향본체(2410)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다. 동력발생모듈(2421)의 구동축(2421a)은 동력발생모듈(2421)의 중심축(A)과 동축상에 위치하도록 배치된다. 동력발생모듈(2421)의 중심축(A)은 후술하는 회전모듈(2422)의 중심축(B)과 평행하게 배치될 수 있다. 그러나 동력발생모듈(2421)은 이러한 사항에 한정되는 것은 아니고, 후술하는 동력전달모듈(2423)의 구체적인 구조에 따라 회전모듈(2422)의 중심축(B)과 수직하게 배치되는 것도 가능하다.
회전모듈(2422)은 동력발생모듈(2421)으로부터 발생되는 회전력에 연동되어 프레임 모듈(100)을 축으로 회전된다. 회전모듈(2422)은 프레임 모듈(100)을 축으로 회전됨에 따라 동력발생모듈(2421)을 회전모듈(2422)을 중심으로 공전 운동시켜 휠(300)의 조향각을 조절한다. 이와 같은 동력발생모듈(2421)의 구체적은 동작 과정은 후술하기로 한다.
회전모듈(2422)은 수용부(2411)의 타측에 안착되고, 동력발생모듈(2421)과 이격되게 배치된다. 회전모듈(2422)은 볼팅 등에 의해 조향본체(2410)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다. 회전모듈(2422)은 후술하는 동력전달모듈(2423)을 매개로 동력발생모듈(2421)과 연결된다. 회전모듈(2422) 도 18에 도시된 바와 같이 동일한 케이스 등에 동력발생모듈(2421) 및 동력전달모듈(2423)과 일체로 수용된 상태로 조향본체(2410)에 설치될 수 있고, 동력발생모듈(2421) 및 동력전달모듈(2423)과 개별적으로 조향본체(2410)에 설치되는 것도 가능하다.
회전모듈(2422)의 중심축(B)은 휠(300)의 중심면과 동일한 평면상에 배치될 수 있다. 여기서, 휠(300)의 중심면은 휠(300)의 중심축이 수직하게 관통하는 평면 중, 휠(300)을 차량의 폭 방향으로 대칭되게 분할하는 평면으로 예시될 수 있다. 이에 따라 회전모듈(2422)의 회전 중심축을 실제 휠(300)의 조향축과 일치시킬 수 있어 휠(300)의 안정적인 조향을 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회전모듈(2422)은 마운팅부(2422a), 회전모듈본체(2422b), 입력축(2422c), 출력축(2422d), 감속모듈(2422e), 조향 가이드(2422f)를 포함한다.
마운팅부(2422a)는 회전모듈(2422)의 상부 외관을 형성하고, 프레임 모듈(100)의 하측에 고정된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마운팅부(2422a)는 프레임 모듈(100), 보다 구체적으로, 제1마운팅플레이트(1221A) 또는 제2마운팅플레이트(1221B)와 평행하게 마주보는 판의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 마운팅부(2422a)는 볼팅 등에 의해 상측면이 제1마운팅플레이트(1221A) 또는 제2마운팅플레이트(1221B)의 하측면에 착탈 가능하게 결합된다. 마운팅부(2422a)는 프레임 모듈(100)의 하측에 고정되어 프레임 모듈(100)에 대해 코너 모듈(200)을 전체적으로 지지한다.
회전모듈본체(2422b)는 회전모듈(2422)의 하부 외관을 형성하고, 마운팅부(2422a)와 상대 회전 가능하게 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회전모듈본체(2422b)는 내부가 비어있는 원통 형상을 갖도록 형성되어 마운팅부(2422a)의 하방에 설치된다. 회전모듈본체(2422b)는 상단부가 베어링 등을 매개로 마운팅부(2422a)의 하단부에 회전 가능하게 연결된다. 회전모듈본체(2422b)는 하단부가 수용부(2411)의 타측에 안착되어 지지된다. 회전모듈본체(2422b)는 동력발생모듈(2421) 및 동력전달모듈(2423)과 일체로 수용된 케이스에 조립되어 조향본체(2410)에 고정될 수 있고, 조향본체(2410)에 직접 조립되어 고정되는 것도 가능하다.
입력축(2422c)은 회전모듈본체(2422b)의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 동력전달모듈(2423)로부터 회전력을 전달받아 회전된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입력축(2422c)은 중심축이 회전모듈(2422)의 중심축(B)과 동축상에 배치되는 샤프트의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 입력축(2422c)의 하단부는 회전모듈본체(2422b)의 하측으로 돌출되어 동력전달모듈(2423)과 연결된다.
출력축(2422d)은 마운팅부(2422a)에 회전 가능하게 지지된다. 출력축(2422d)은 입력축(2422c)의 회전에 연동되어 회전되며 조향본체(410)를 마운팅부(2422a)를 축으로 회전시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 출력축(2422d)은 중심축이 회전모듈(2422)의 중심축(B)과 동축상에 배치되는 샤프트의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 출력축(2422d)의 하단부는 베어링을 매개로 입력축(2422c)의 상단부와 상대 회전 가능하게 연결된다. 출력축(2422d)의 상단부는 마운팅부(2422a)의 하측면에 마운팅부(2422a)를 축으로 회전 가능하게 삽입된다. 출력축(2422d)은 후술하는 감속모듈(2422e)과 연결되어 입력축(2422c)의 회전 시 감속모듈(2422e)로부터 회전력을 전달받아 회전된다.
감속모듈(2422e)은 입력축(2422c)과 출력축(2422d)의 사이에 구비되고, 입력축(2422c)의 회전력을 출력축(2422d)으로 전달한다. 보다 구체적으로, 감속모듈(2422e)는 입력축(2422c)의 회전 속도를 설정된 감속비로 감속하여 출력축(2422d)으로 전달되는 회전력의 크기를 증폭시키고, 출력되는 회전력에 의해 출력축(2422d)을 회전시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 감속모듈(2422e)은 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 서큘러 스플라인으로 구성되는 변형 파동 기어(Strain Wave Gearing)으로 예시될 수 있다.
조향 가이드(2422f)는 회전모듈본체(2422b)로부터 연장되고, 후술하는 측정모듈(2424)과 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조향 가이드(2422f)는 내주 단부가 상방으로 절곡된 중공형의 원판 형상을 갖도록 형성되어 회전모듈본체(2422b)와 출력축(2422d)의 사이에 배치될 수 있다. 조향 가이드(2422f)는 외주면이 회전모듈본체(2422b)의 내주면에 고정되어 회전모듈본체(2422b)의 회전 시, 회전모듈본체(2422b)와 함께 중심축을 축으로 회전된다. 조향 가이드(2422f)는 내주 단부가 후술하는 측정모듈(2424)의 내경부(2424a)와 결합된다. 조향 가이드(2422f)는 회전모듈본체(2422b)의 회전에 연동되어 내경부(2424a)를 회전시킨다.
동력전달모듈(2423)은 동력발생모듈(2421)과 회전모듈(2422)의 사이에 구비되고, 동력발생모듈(2421)으로부터 발생되는 회전력을 회전모듈(2422)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 동력전달모듈(2423)은 폐곡선을 이루도록 형성되는 벨트 또는 체인의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 동력전달모듈(2423)은 양측이 각각 동력발생모듈(2421)의 구동축(2421a)과 회전모듈(2422)의 입력축(2422c)의 단부에 연결된다. 이 경우, 동력전달모듈(2423)은 동력발생모듈(2421)의 중심축(A)이 회전모듈(2422)의 중심축(B)과 평행하게 배치됨에 따라 꼬임 등이 방지될 수 있다. 동력전달모듈(2423)은 구동축(2421a)의 회전 시 무한궤도 방식으로 이동되며 입력축(2422c)으로 회전력을 전달한다. 그러나 동력전달모듈(2423)은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고, 웜 및 웜휠등 동력발생모듈(2421)로부터 발생되는 회전력을 회전모듈(2422)로 전달할 수 있는 다양한 종류의 동력전달수단으로 설계 변경이 가능하다.
측정모듈(2424)은 휠(300)의 조향에 따른 회전모듈(2422)의 회전 각도를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 측정모듈(2424)은 회전모듈본체(2422b)의 내부에 배치되고, 마운팅부(2422a)의 하측에 고정된다. 측정모듈(2424)의 내주면에는 측정모듈(2424)의 중심축을 축으로 회전 가능한 내경부(2424a)가 구비된다. 내경부(2424a)는 조향 가이드(2422f)와 연결되어 출력축(2422d)의 회전 시 조향 가이드(2422f)와 함께 회전된다. 측정모듈(2424)은 차량의 조향 시 출력축(2422d)의 초기 위치를 기준으로 내경부(2424a)가 회전된 각도를 감지하여 회전모듈(2422)의 회전 각도를 측정한다. 측정모듈(2424)의 구체적인 형태는 어느 하나에 한정되는 것은 아니고, 출력축(2422d)의 회전 각도를 감지할 수 있는 다양한 종류의 조향각 센서로 예시될 수 있다. 측정모듈(2424)은 측정된 회전모듈(2422)의 회전 각도에 관한 데이터를 차량의 ECU 등과 같은 제어유닛(즉, 후술하는 제어부(20))으로 전달하여 제어유닛으로 하여금 차량의 롤링 제어나 선회 제어 등을 수행하도록 하도록 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈(200)의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.
도 15, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈의 작동 과정을 개략적으로 나타내는 작동도이다.
차량의 주행 중 선회 주행이 요구되는 경우, 동력발생모듈(2421)의 작동에 의해 구동축(2421a)이 회전되며 회전력을 발생시킨다.
동력전달모듈(2423)은 구동축(2421a)의 회전에 의해 무한궤도 방식으로 이동되며 동력발생모듈(2421)의 회전력을 회전모듈(2422)로 전달한다.
회전모듈(2422)로 전달된 회전력은 입력축(2422c), 감속모듈(2422e)을 순차적으로 거쳐 출력축(2422d)로 전달된다.
보다 구체적으로, 감속모듈(2422e)의 웨이브 제너레이너의 타원 캠은 입력축(2422c)의 회전력을 입력 받아 회전된다.
이후, 플렉스 스플라인이 탄성 변형을 일으키면서 회전하며, 그에 따라 써큘러 스플라인의 내주면 기어와 부분적으로 맞물린 플렉스 스플라인의 외주면 기어 위치가 순차적으로 이동해 간다.
타원 캠의 1회전 시 플렉스 스플라인은 외주면 기어의 잇수와 내주면 기어의 잇수 차이만큼 타원 캠의 회전방향과 역방향으로 이동하게 된다.
이에 따라 플렉스 스플라인 결합된 출력축(2422d)은 입력축(2422c)의 회전 속도보다 감속된 회전 속도로, 입력축(2422c)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된다.
출력축(2422d)은 제1마운팅플레이트(1221A) 또는 제2마운팅플레이트(1221B)에 고정된 마운팅부(2422a), 보다 구체적으로 회전모듈(2422)의 중심축(B)을 축으로 회전된다.
출력축(2422d) 회전모듈(2422)의 중심축(B)을 축으로 회전됨에 따라 출력축(2422d)과 일체로 연결된 회전모듈본체(2422b), 조향본체(2410) 또한 회전모듈(2422)의 중심축(B)을 축으로 회전된다.
이에 따라 회전모듈(2422)의 중심축(B)으로부터 소정 간격 이격되게 배치된 동력발생모듈(2421)은 회전모듈(2422)의 중심축(B)을 중심으로 공전 운동한다.
한편, 조향본체(2410)가 회전되며 발생되는 회전력은 서스펜션유닛(2300) 및 구동유닛(2100)을 순차적으로 거쳐 휠(300)로 전달된다.
회전모듈(2422)의 중심축(B)이 휠(300) 중심면과 동일한 평면상에 배치됨에 따라, 휠(300)은 전달받은 회전력에 의해 회전모듈(2422)의 중심축(B)을 축으로 회전되며 조향각이 조절되고, 차량을 선회 주행시킨다.
탑햇(2)은 차량용 코너 모듈 장치(1)의 상부에 장착되고, 내부에 승객의 탑승 공간이 마련된다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탑햇(2)은 내부가 비어있고, 하측이 개구된 박스의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 탑햇(2)의 내부에는 좌석, 조작 패널, 테이블 등 탑승자의 목적에 맞는 다양한 물품, 장치 들이 설치될 수 있다. 탑햇(2)은 개구된 하측이 프레임 모듈(100)의 상측, 즉 메인플랫폼(1100), 제1코너모듈플랫폼(1200A) 및 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 상측면과 마주보도록 배치된다. 탑햇(2)은 하단부가 메인휠하우징(1120), 제1코너모듈휠하우징(1220A) 및 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 상면에 볼팅 결합되어 프레임 모듈(100)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다. 탑햇(2)의 면적 및 길이는 프레임 모듈(100)의 면적, 길이 등에 따라 다양하게 설계 변경이 가능하다
도어부(3)는 탑햇(2)에 개폐 가능하게 설치되고, 개방 시 승객이 탑햇(2)의 내부로 탑승할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도어부(3)는 제1도어(3a), 제2도어(3b)를 포함한다.
제1도어(3a)는 탑햇(2)의 일측에 개폐 가능하게 설치되고, 메인플랫폼(1100)의 상부에 배치된다. 도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1도어(3a)는 탑햇(2)의 폭 방향 측면에 개폐 가능하게 설치된다. 제1도어(3a)는 여닫이 방식, 미닫이 방식 등 다양한 방식으로 탑햇(2)에 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 제1도어(3a)는 한 쌍으로 구비되어 탑햇(2)의 폭 방향 양측에 각각 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 제1도어(3a)의 양단부는 메인플레이트(1110)의 길이 방향을 따라 이격된 한 쌍의 메인휠하우징(1120)의 사이에 배치된다. 제1도어(3a)의 하단부는 메인플레이트(1110)의 상면에 안착된 배터리(400)의 상면과 마주보게 배치된다. 배터리(400)의 높이가 메인플랫폼(1100)의 높이보다 낮게 형성됨에 따라, 제1도어(3a)의 하단부는 지면과 근접하게 배치될 수 있어 승객의 원활한 탑승을 유도할 수 있다.
제2도어(3b)는 탑햇(2)의 타측에 개폐 가능하게 설치되고, 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B) 중 적어도 하나의 상부에 배치된다. 이하에서는 제2도어(3b)가 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 상부 모두에 배치되는 것을 예로 들어 설명하겠으나, 제2도어(3b)는 이러한 사항에 한정되는 것은 아니고, 1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B) 중 어느 하나의 상부에만 배치되는 것도 가능하다.
도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2도어(3b)는 한 쌍으로 구비되어 탑햇(2)의 전후 방향 측면에 개폐 가능하게 설치된다. 이에 따라 제2도어(3b)는 제1도어(3a)와 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 제2도어(3b)는 여닫이 방식, 미닫이 방식 등 다양한 방식으로 탑햇(2)에 개폐 가능하게 설치될 수 있다. 한 쌍의 제2도어(3b)의 양단부는 각각 한 쌍의 제1코너모듈휠하우징(1220A) 및 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 사이에 배치된다. 한 쌍의 제2도어(3b)의 하단부는 각각 제1코너모듈플레이트(1210A) 및 제2코너모듈플레이트(1210B)의 상면에 안착된 인버터(500)의 상면과 마주보게 배치된다. 인버터(500)의 높이가 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 높이보다 낮게 형성됨에 따라, 제2도어(3b)의 하단부는 지면과 근접하게 배치될 수 있어 승객의 원활한 탑승을 유도할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 설명하도록 한다.
이 과정에서 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 코너 모듈 장치를 구비하는 차량과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 모듈(100)은 복수개의 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)을 포함한다.
복수개의 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B) 구비되고, 각각 메인플랫폼(1100)의 일측과 타측으로부터 차체의 길이 방향을 따라 연장된다.
보다 구체적으로, 이웃한 제1코너모듈플랫폼(1200A)은 메인플랫폼(1100)의 일측으로부터 차체의 길이 방향을 따라 서로 직렬로 연결되고, 이웃한 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 메인플랫폼(1100)의 타측으로부터 차체의 길이 방향을 따라 서로 직렬로 연결된다. 이 경우, 복수개의 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 개수는 동일하게 형성될 수 있고, 서로 상이하게 형성되는 것도 가능하다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 프레임 모듈(100)은 차량의 목적에 맞게 메인플랫폼(1100)의 양측으로 코너 모듈(200)의 설치 개수를 자유롭게 확장시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼과 제2코너모듈플랫폼의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)는 각각 제1코너모듈연장체결부(1240A)와 제2코너모듈연장체결부(1240B)를 더 포함한다.
제1코너모듈연장체결부(1240A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)와 제1코너모듈휠하우징(1220A)에 구비된다. 제1코너모듈연장체결부(1240A)는 제1코너모듈플랫폼(1200A)에서 제1코너모듈체결부(1230A)의 맞은편에 배치된다. 즉, 제1코너모듈체결부(1230A)와 제1코너모듈연장체결부(1240A)는 각각 제1코너모듈플랫폼(1200A)의 양단에 각각 배치된다.
어느 하나의 제1코너모듈플랫폼(1200A)에 구비되는 제1코너모듈연장체결부(1240A)는 이웃하는 제1코너모듈플랫폼(1200A)에 구비되는 제1코너모듈체결부(1230A)와 착탈 가능하게 결합된다. 보다 구체적으로, 제1코너모듈연장체결부(1240A)는 이웃하는 제1코너모듈플랫폼(1200A)이 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 제1코너모듈체결부(1230A)와 걸림 결합된다. 이에 따라 직렬로 연장되는 복수개의 제1코너모듈플랫폼(1200A)은 차량의 길이 방향을 따라 순차적으로 상호 연결될 수 있다.
도 19, 도 20는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈연장체결부와 제2코너모듈연장체결부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 19, 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈연장체결부(1240A)는 제1코너모듈상부연장체결부(1241A), 제1코너모듈하부연장체결부(1242A)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)는 제1코너모듈휠하우징(1220A), 보다 구체적으로 제1마운팅플레이트(1221A)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)는 제1코너모듈휠하우징(1220A)의 상측면으로부터 하방으로 수직하게 연장된다. 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)는 제1코너모듈휠하우징(1220A)의 전방 또는 후방 중 나머지 하나의 단부 즉, 제1코너모듈상부체결부(1231A)의 반대측에 배치된다. 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)는 이웃하는 제1코너모듈플랫폼(1200A)에 구비되는 제1코너모듈상부체결부(1231A)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)는 복수개로 구비되어 각각의 제1코너모듈휠하우징(1220A)에 개별적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)와 반대 방향으로 연장된다. 보다 구체적으로, 제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)의 하측면으로부터 상방으로 수직하게 연장된다. 이에 따라 제1코너모듈상부연장체결부(1241A)와 제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 제1코너모듈체결부(1230A)와 체결 시 제1코너모듈체결부(1230A)가 어느 한 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 제1코너모듈플레이트(1210A)의 전방 또는 후방 중 나머지 하나의 단부 즉, 제1코너모듈하부체결부(1232A)의 반대측에 배치된다. 제1코너모듈하부연장체결부(1242A)는 이웃하는 제1코너모듈플랫폼(1200A)에 구비되는 제1코너모듈하부체결부(1232A)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.
제2코너모듈연장체결부(1240B)는 제2코너모듈플레이트(1210B)와 제2코너모듈휠하우징(1220B)에 구비된다. 제2코너모듈연장체결부(1240B)는 제2코너모듈플랫폼(1200B)에서 제2코너모듈체결부(1230B)의 맞은편에 배치된다. 즉, 제2코너모듈체결부(1230B)와 제2코너모듈연장체결부(1240B)는 각각 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 양단에 각각 배치된다.
어느 하나의 제2코너모듈플랫폼(1200B)에 구비되는 제2코너모듈연장체결부(1240B)는 이웃하는 제2코너모듈플랫폼(1200B)에 구비되는 제2코너모듈체결부(1230B)와 착탈 가능하게 결합된다. 보다 구체적으로, 제2코너모듈연장체결부(1240B)는 이웃하는 제2코너모듈플랫폼(1200B)이 차량의 길이 방향과 나란한 방향으로 상호 접촉됨에 따라 제2코너모듈체결부(1230B)와 걸림 결합된다. 이에 따라 직렬로 연장되는 복수개의 제2코너모듈플랫폼(1200B)은 차량의 길이 방향을 따라 순차적으로 상호 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈연장체결부(1240B)는 제2코너모듈상부연장체결부(1241B), 제2코너모듈하부연장체결부(1242B)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)는 제2코너모듈휠하우징(1220B), 보다 구체적으로 제2마운팅플레이트(1221B)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)는 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 상측면으로부터 하방으로 수직하게 연장된다. 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)는 제2코너모듈휠하우징(1220B)의 전방 또는 후방 중 나머지 하나의 단부 즉, 제2코너모듈상부체결부(1231B)의 반대측에 배치된다. 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)는 이웃하는 제2코너모듈플랫폼(1200B)에 구비되는 제2코너모듈상부체결부(1231B)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)는 복수개로 구비되어 각각의 제2코너모듈휠하우징(1220B)에 개별적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 제2코너모듈플레이트(1210B)의 외측면으로부터 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)와 반대 방향으로 연장된다. 보다 구체적으로, 제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 제2코너모듈플레이트(1210B)의 하측면으로부터 상방으로 수직하게 연장된다. 이에 따라 제2코너모듈상부연장체결부(1241B)와 제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 제2코너모듈체결부(1230B)와 체결 시 제2코너모듈체결부(1230B)가 어느 한 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 제2코너모듈플레이트(1210B)의 전방 또는 후방 중 나머지 하나의 단부 즉, 제2코너모듈하부체결부(1232B)의 반대측에 배치된다. 제2코너모듈하부연장체결부(1242B)는 이웃하는 제2코너모듈플랫폼(1200B)에 구비되는 제2코너모듈하부체결부(1232B)와 걸림 결합될 수 있도록 계단 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 제2도어(3b)는 제2도어(3b)는 한 쌍으로 구비되어 탑햇(2)의 전후 방향 측면에 개폐 가능하게 설치된다. 한 쌍의 제2도어(3b)는 각각 복수개의 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B) 중 차체의 길이 방향으로 가장 최외곽에 배치된 제1코너모듈플랫폼(1200A)과 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 상부에 배치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
이 과정에서 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치를 구비하는 차량은 메인플랫폼 어셈블리(1000), 제1코너모듈플랫폼(1200A), 제2코너모듈플랫폼(1200B)을 포함한다.
메인플랫폼 어셈블리(1000)는 적어도 2개 이상의 메인플랫폼(1100)과, 메인플랫폼 사이에 배치되는 미들모듈플랫폼(1300)을 포함한다.
이웃하는 메인플랫폼(1100)은 차량의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되게 배치된다. 이 경우, 제1코너모듈플랫폼(1200A)은 복수개의 메인플랫폼(1100) 중 일측(도 21 기준 좌측) 최외곽에 배치된 메인플랫폼(1100)의 일측(도 21 기준 좌측)에 착탈 가능하게 결합되고, 제2코너모듈플랫폼(1200A)은 복수개의 메인플랫폼(1100) 중 타측(도 21 기준 우측) 최외곽에 배치된 메인플랫폼(1100)의 타측(도 21 기준 우측)에 착탈 가능하게 결합된다. 이에 따라 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프레임 모듈(100)은 복수개의 메인플랫폼(1100)을 통해 배터리(400)의 하중을 분산시킬 수 있어 트램, 버스, 트레일러 등 상대적으로 차체의 길이가 긴 차량에도 적용이 가능하다.
미들모듈플랫폼(1300)은 이웃하는 메인플랫폼(1100)의 사이에 배치되어 코너 모듈(200)을 지지하는 제3코너모듈플랫폼(1200C)를 포함한다.
제3코너모듈플랫폼(1200C)은 이웃하는 메인플랫폼(1100)의 사이에서 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 제3코너모듈플랫폼(1200C)이 복수개로 구비되는 경우 복수개의 제3코너모듈플랫폼(1200C)은 차체의 길이 방향을 따라 직렬로 연결될 수 있다. 복수개의 제3코너모듈플랫폼(1200C) 중 최외곽에 배치되는 제3코너모듈플랫폼(1200C)은 이웃하는 메인플랫폼(1100)의 단부 중 제1코너모듈플랫폼(1200A) 및 제2코너모듈플랫폼(1200B)이 결합되지 않은 단부에 착탈 가능하게 결합된다.
제3코너모듈플랫폼(1200C)은 하측에 후술하는 코너 모듈(200)이 결합되어 코너 모듈(200)을 지지한다. 제3코너모듈플랫폼(1200C)은 내부에 코너 모듈(200) 및 배터리(400)로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 코너 모듈(200)로 전달하는 인버터(500)가 장착된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제3코너모듈플랫폼(1200C)은 제3코너모듈플레이트, 제3코너모듈휠하우징, 제3코너모듈체결부를 포함한다.
제3코너모듈플레이트, 제3코너모듈휠하우징, 제3코너모듈체결부, 제3코너모듈연장체결부의 구체적인 형상은 각각 도 10에 도시된 제1코너모듈플레이트(1210A), 제1코너모듈휠하우징(1220A), 제1코너모듈체결부(1230A), 제1코너모듈연장체결부(1240A)의 형상과 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 메인플랫폼(1100)의 원활한 결합을 위해 이웃하는 메인플랫폼(1100)의 사이에 배치되는 복수개의 제3코너모듈플랫폼(1200C) 중 어느 한 끝단에 배치되는 제3코너모듈플랫폼(1200C)에 구비되는 제3코너모듈연장체결부의 경우, 제3코너모듈플레이트, 제3코너모듈휠하우징로부터 돌출되는 후크의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수개의 코너 모듈(200)에 구비되는 마운팅부(2422a)는 지지되는 위치에 따라 볼팅 등에 의해 상측면이 각각 제1마운팅플레이트(1221A), 제2마운팅플레이트(1221B) 또는 제3마운팅플레이트의 하측면에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탑햇(2)은 개구된 하측이 프레임 모듈(100)의 상측, 즉 메인플랫폼 어셈블리(1000), 제1코너모듈플랫폼(1200A) 및 제2코너모듈플랫폼(1200B)의 상측면과 마주보도록 배치된다. 탑햇(2)은 하단부가 메인휠하우징(1120), 제1코너모듈휠하우징(1220A), 제2코너모듈휠하우징(1220B), 제3코너모듈휠하우징의 상면에 볼팅 결합되어 프레임 모듈(100)에 착탈 가능하게 고정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1도어(3a)는 복수개로 구비되어 탑햇(2)의 길이 방향을 따라 소정 간격 이격되고, 메인플랫폼 어셈블리(1000)에 구비되는 각각의 메인플랫폼(1100)의 상부에 개별적으로 배치될 수 있다.
Ⅱ. 차량용 코너 모듈 장치의 적용(Application)
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 기능을 설명하기 위한 블록구성도로서, 도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치는 획득 모듈(10), 제어부(20) 및 출력부(30)를 포함한다.
획득 모듈(10)은 제어부(20)가 후술하는 제1 내지 제5 적용을 구현하기 위해 요구되는 제반 정보를 획득하는 모듈로서 기능하며, 도 22에 도시된 것과 같이 지령 조향각 획득부(11), 동역상 비율 획득부(12), 제동 개시 조작 획득부(13), 휠속 획득부(14) 및 차량 정보 획득부(15)를 포함한다. 지령 조향각 획득부(11) 및 동역상 비율 획득부(12)는 제1 적용과 관련되고, 제동 개시 조작 획득부(13)는 제2 적용과 관련되며, 휠속 획득부(14)는 제3 및 제4 적용과 관련되고, 차량 정보 획득부(15)는 제5 적용과 관련된다.
지령 조향각 획득부(11)는 지령 조향각을 획득할 수 있으며, 지령 조향각은 운전자가 조향휠에 대한 조향을 통해 형성한 조향각, 또는 ADAS 시스템으로부터의 조향각 지령에 해당할 수 있다. 이에 따라, 지령 조향각 획득부(11)는 차량에 장착된 조향각 센서, 또는 ADAS 시스템으로부터 출력되는 조향각 지령을 획득하는 별도의 입력 모듈로 구현될 수 있다.
동역상 비율 획득부(12)는 동역상 비율을 획득할 수 있다. 후술하는 제1 적용에서, 동역상 비율은 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 파라미터로 정의되며, -1 내지 1의 값을 가질 수 있다. 동역상 비율의 부호는 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부를 나타내고(예: 양의 값인 경우 동상, 음의 값인 경우 역상), 동역상 비율의 크기는 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 조향각 비율을 나타낸다(예: 동역상 비율이 0.5인 경우 전륜 조향각 : 후륜 조향각 = 2 : 1). 동역상 비율은 운전자의 조작에 따라 변경 설정 가능하도록 구성될 수 있다. 이를 위해 동역상 비율 획득부(12)는 차량의 실내에 마련되는 레버 구조(도 23의 예시), 또는 차량의 인스트루먼트 패널에 마련되는 터치 스크린 구조로 구현될 수 있으며, 이에 따라 운전자의 레버 조작 또는 터치 스크린 상의 터치 조작에 의해 동역상 비율의 값이 변경 설정될 수 있다.
제동 개시 조작 획득부(13)는 운전자로부터 차량의 제동 개시 조작을 획득할 수 있다. 후술하는 제2 적용에서 제동이라 함은 차량이 경사로(S)를 이동하는 상태에서의 제동 동작(예: 긴급 제동)과, 경사로(S)상에서 주차 또는 정차된 상태를 유지하기 위한 제동 동작(즉, 파킹 브레이크)을 포함하는 개념에 해당할 수 있다. 다만, 후술하는 것과 같이 제2 적용에서는 차량의 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하는 방식을 통해 제동이 수행되는 점에서, 차량이 경사로(S)를 이동하는 상태에서의 제동 동작이 수행될 경우에는 차량의 자세 안정성을 위해 미리 설정된 저속 영역에서 차량이 이동중일 때 본 실시예의 동작이 적용될 수 있다. 제동 개시 조작 획득부(13)는 차량 내부에 별도 마련된 스위치의 형태로 구현되어, 스위치에 대한 운전자의 조작을 상기한 제동 개시 조작으로서 획득할 수 있다.
휠속 획득부(14)는 차량의 네 개의 차륜 각각의 휠속을 획득할 수 있다. 휠속 획득부(14)는 각 차륜에 장착된 인휠 모터의 회전수를 센싱하는 모터 센서로 구현될 수 있으며, 휠속 획득부(14)에 의해 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 휠속이 획득될 수 있다.
차량 정보 획득부(15)는 차량의 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보를 획득할 수 있다. 상기한 주행 상태 정보는 차량의 차속 및 헤딩각을 포함할 수 있고, 주행 환경 정보는 차량의 주변 영상 정보(예: 전방 영상)를 포함할 수 있으며, 이러한 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보를 획득하기 위해 차량 정보 획득부(15)는 차량에 장착된 다양한 센서(예: 차량 센서, 자이로 센서, 카메라 센서 등)를 활용할 수 있다. 차량 정보 획득부(15)에 의해 획득된 차량의 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보는 후술하는 제5 적용에서 목표 지점까지의 거리 정보, 목표 곡률 및 목표 조향각을 산출하는 과정에 활용될 수 있다.
다음으로, 제어부(20)는 차량의 네 개의 차륜 각각에 대한 개별 구동 토크를 통해 네 개의 차륜의 구동 및 조향을 독립적으로 제어하는 주체로서, 전자 제어 유닛(ECU: Electronic Control Unit), 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit), 프로세서(Processor) 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있으며, 운영 체제 또는 어플리케이션을 구동하여 제어부(20)에 연결된 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 제어부(20)는 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행시키고, 그 실행 결과 데이터를 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.
출력부(30)는 차량의 클러스터 또는 차량 내부 특정 위치에 설치된 디스플레이 또는 스피커 등에 해당할 수 있다.
이상의 내용을 바탕으로, 이하에서는 차량용 코너 모듈 장치의 제1 내지 제5 적용과 그 구체적인 동작 방법을 제어부(20)의 동작을 중심으로 설명한다.
1. 제1 적용: 개별 조향 아키텍처
제1 적용에서, 제어부(20)는 지령 조향각 획득부(11)에 의해 획득된 지령 조향각과 동역상 비율 획득부(12)에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출한 후, 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
도 23은 제어부(20)가 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 일련의 과정을 개괄적인 예시로 보이고 있다. 도 23을 참조하면, (과정 ①)먼저 제어부(20)는 지령 조향각 획득부(11)에 의해 획득된 지령 조향각(Steering wheel angle)과 동역상 비율 획득부(12)에 의해 획득된 동역상 비율(Lever ratio value)을 입력받을 수 있다. (과정 ②)이어서, 제어부(20)는 지령 조향각으로부터 바이시클 모델의 지령 전륜각(Front wheel heading angle)을 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(20)는 지령 조향각에 미리 설정된 조향 민감도값(Steering Sensitivity)을 곱하여 지령 전륜각을 산출할 수 있으며, 상기의 조향 민감도값은, 이를테면 차량에 적용된 조향 기어비 가변장치의 기어비(TGR: Total Gear Ratio)에 해당할 수 있다. (과정 ③)지령 전륜각이 산출되면, 제어부(20)는 지령 전륜각과 동역상 비율 획득부(12)에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 바이시클 모델의 지령 후륜각(Rear wheel heading angle)을 산출할 수 있다. (과정 ④)이어서, 제어부(20)는 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출할 수 있다.
전술한 과정 중, 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 직접적인 과정에 해당하는 과정 ④는 동역상 비율 획득부(12)에 의해 획득된 동역상 비율의 값에 따라 차별적인 방식으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서 네 개의 차륜의 조향에 대한 제어부(20)의 조향 제어 모드는 동역상 비율의 값에 따라 전륜 조향 모드, 사륜 동상 조향 모드 및 사륜 역상 조향 모드로 구분될 수 있으며, 제어부(20)는 동역상 비율의 값과 그에 따라 결정되는 조향 제어 모드별로 제1 내지 제4 목표각을 차별적인 방식으로 산출할 수 있다. 이하에서는 동역상 비율의 값과 조향 제어 모드에 따라 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 과정을 구체적으로 설명한다.
먼저, 전륜 조향 모드는 동역상 비율이 0인 경우의 조향 제어 모드에 해당한다. 즉, 동역상 비율이 0이므로 후륜 조향 제어는 이루어지지 않으며 일반적인 전륜 조향 제어만이 이루어진다. 이 경우, 제어부(20)는 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델(Ackerman Geometry Model)을 적용하여 제1 및 제2 목표각을 산출할 수 있으며, 동역상 비율이 0이므로 제3 및 제4 목표각은 차량의 종방향을 지시하는 중립각(즉, 0°)으로 산출할 수 있다. 도 24는 지령 전륜각이 45°인 경우 애커만 기하학 모델에 따른 선회 중심(Center Of Rotation)을 기반으로 제1 및 제2 목표각이 소정 값으로 산출된 예시를 보이고 있다.
다음으로, 사륜 동상 조향 모드는 동역상 비율이 0 초과 1 이하인 경우의 조향 제어 모드에 해당한다. 즉, 동역상 비율이 양의 값을 가지므로 전륜과 후륜이 동상을 갖는 상태에서 각각 독립적으로 제어된다. 사륜 동상 조향 모드에서 제1 내지 제4 목표각은 동역상 비율이 '0 초과 1 미만인 경우'와 '1인 경우' 각각 다른 방식으로 산출된다.
동역상 비율이 0 초과 1 미만인 경우, 제어부(20)는 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제1 및 제2 목표각을 산출할 수 있다. 그리고, 제어부(20)는 지령 전륜각에 동역상 비율을 적용하여(곱하여) 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하고, 산출된 지령 후륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제3 및 제4 목표각을 산출할 수 있다. 도 25는 지령 전륜각이 45°인 경우로서 동역상 비율이 0.5인 경우 애커만 기하학 모델에 따른 선회 중심을 기반으로 제1 내지 제4 목표각이 소정 값으로 산출된 예시를 보이고 있다.
동역상 비율이 1인 경우, 제어부(20)는 지령 전륜각으로 제1 내지 제4 목표각을 산출할 수 있다. 즉, 동역상 비율이 1인 경우는 애커만 기하학 모델에 따른 선회 중심이 존재하지 않고 전륜 및 후륜이 동상인 상태로 조향각이 동일하게 형성되는 상태를 의미하므로, 제어부(20)는 지령 전륜각으로 제1 내지 제4 목표각을 산출할 수 있다. 도 26은 지령 전륜각이 45°인 경우로서 동역상 비율이 1인 경우 제1 내지 제4 목표각이 지령 전륜각으로 산출된 예시를 보이고 있다.
다음으로, 사륜 역상 조향 모드는 동역상 비율이 -1 이상 0 미만인 경우의 조향 제어 모드에 해당한다. 즉, 동역상 비율이 음의 값을 가지므로 전륜과 후륜이 역상을 갖는 상태에서 각각 독립적으로 제어된다. 사륜 역상 조향 모드에서는 애커만 기하학 모델에 따른 선회 중심이 항상 존재하므로, 제어부(20)는 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제1 및 제2 목표각을 산출하고, 지령 전륜각에 동역상 비율을 적용하여 산출되는 바이시클 모델의 지령 후륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제3 및 제4 목표각을 산출할 수 있다. 도 27은 지령 전륜각이 45°인 경우로서 동역상 비율이 -0.8인 경우, 도 28은 지령 전륜각이 45°인 경우로서 동역상 비율이 -1인 경우 애커만 기하학 모델에 따른 선회 중심을 기반으로 제1 내지 제4 목표각이 소정 값으로 산출된 예시를 보이고 있다.
하기 표 1은 동역상 비율의 값과 조향 제어 모드에 따라 제1 내지 제4 목표각을 산출되는 방식을 나타낸다.
조향 제어 모드 동역상 비율(R) 목표각 산출 방식
전륜 조향 모드 0 제1 및 제2 목표각: 애커만 기하학 모델
제3 및 제4 목표각: 중립각
사륜 동상 조향 모드 0 < R < 1 제1 내지 제4 목표각: 애커만 기하학 모델
R = 1 제1 내지 제4 목표각: 지령 전륜각
사륜 역상 조향 모드 -1 ≤ R < 0 제1 내지 제4 목표각: 애커만 기하학 모델
한편, 전술한 것과 같이 동역상 비율은 운전자의 조작에 따라 변경 설정 가능하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 차량의 주행 과정에서 동역상 비율이 변경됨으로 인해 조향 제어 모드의 급격한 천이가 야기된 경우 차량 타이어의 슬립 내지 차량의 전복이 발생하는 등 차량의 주행 안정성이 저하되는 문제가 나타날 수 있다. 위와 같은 문제를 방지하기 위해, 본 실시예에서 제어부(20)는 동역상 비율의 변경에 의해 조향 제어 모드의 천이가 야기된 경우, 네 개의 차륜의 조향각의 변경 속도를 미리 설정된 제어 속도로 제어함으로써 미리 설정된 과도 시간동안 조향 제어 모드의 천이를 수행할 수 있다. 상기한 제어 속도는 조향 제어 모드의 급격한 천이가 야기되지 않고 차량의 주행 안정성이 확보되는 범위 내에서 충분히 낮은 값을 갖도록 설계자의 실험적 결과에 기초하여 제어부(20)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 상기한 과도 시간도 제어 속도에 대응되는 값으로 제어부(20)에 미리 설정되어 있을 수 있다. 구체적인 예시로서, 차량이 사륜 동상 조향 모드로 주행중인 상태에서 운전자가 동역상 비율을 -0.5로 변경하여 사륜 역상 조향 모드로의 천이가 야기된 경우, 제어부(20)는 현재 후륜의 조향각을 목표각(즉, 사륜 역상 조향 모드에서의 제3 및 제4 목표각)으로 변경하되, 차량의 주행 안정성이 확보될 수 있도록 상기한 제어 속도에 따라 후륜의 조향각을 제3 및 제4 목표각으로 천천히 변경할 수 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제1 적용에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 29를 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 지령 조향각 획득부(11)는 지령 조향각을 획득하고(S10a), 동역상 비율 획득부(12)는 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득한다(S20a). 동역상 비율은 -1 내지 1의 값을 갖되, 동역상 비율의 부호는 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부를 나타내고 동역상 비율의 크기는 바이시클 모델의 전륜 및 후륜 간의 조향각 비율을 나타낸다.
이어서, 제어부(20)는 S10a 단계에서 획득된 지령 조향각으로부터 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 산출된 지령 전륜각과 S20a 단계에서 획득된 동역상 비율에 기초하여 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출한다(S30a). S30a 단계에서, 제어부(20)는 지령 조향각에 미리 설정된 조향 민감도값(Steering Sensitivity)을 곱하여 지령 전륜각을 산출한다.
이어서, 제어부(20)는 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출한다(S40a). S40a 단계에서의 제1 내지 제4 목표각의 산출 방식은 S20a 단계에서 획득된 동역상 비율의 값에 따라 차별적으로 결정되며, 구체적으로 동역상 비율의 값과 그에 따라 결정되는 조향 제어 모드별로 제1 내지 제4 목표각은 차별적인 방식으로 산출된다. 상기한 조향 제어 모드는 동역상 비율이 0인 경우에 해당하는 전륜 조향 모드, 동역상 비율이 0 초과 1 이하인 경우에 해당하는 사륜 동상 조향 모드, 및 동역상 비율이 -1 이상 0 미만인 경우에 해당하는 사륜 역상 조향 모드를 포함한다.
차량의 조향 제어 모드가 전륜 조향 모드인 경우, S40a 단계에서 제어부(20)는 지령 전륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제1 및 제2 목표각을 산출하고, 차량의 종방향을 지시하는 중립각으로 제3 및 제4 목표각을 산출한다.
차량의 조향 제어 모드가 동역상 비율이 0 초과 1 미만인 상태에서의 사륜 동상 조향 모드 또는 사륜 역상 조향 모드인 경우, S40a 단계에서 제어부(20)는 (ⅰ)지령 전륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제1 및 제2 목표각을 산출하고, (ⅱ)지령 전륜각에 동역상 비율을 적용하여 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하고, 산출된 지령 후륜각에 애커만 기하학 모델을 적용하여 제3 및 제4 목표각을 산출한다.
차량의 조향 제어 모드가 동역상 비율이 1인 상태에서의 사륜 동상 조향 모드인 경우, S40a 단계에서 제어부(20)는 지령 전륜각으로 제1 내지 제4 목표각을 산출한다.
S40a 단계를 통해 제1 내지 제4 목표각이 산출되면, 제어부(20)는 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어한다(S50a). 만약 동역상 비율의 변경에 의해 조향 제어 모드의 천이가 야기된 경우, S50a 단계에서 제어부(20)는 네 개의 차륜의 조향각의 변경 속도를 미리 설정된 제어 속도로 제어함으로써 미리 설정된 과도 시간동안 상기 조향 제어 모드의 천이를 수행한다.
제1 적용에 따를 때, 기존의 전륜 조향 방식 또는 후륜 조향 방식(RWS) 대비 네 개의 차륜의 조향에 대한 독립적 제어를 적용하여 그 확장성 및 자유도 측면에서 이점이 있으며, 조향 제어 모드의 천이가 연속성을 갖도록 구현함으로써 차량의 주정차시뿐만 아니라 주행 상태에서도 안전하게 사륜 독립 제어가 수행될 수 있다.
2. 제2 적용: 개별 조향을 통한 제동 메커니즘
제2 적용에서, 제어부(20)는 제동 개시 조작 획득부(13)에 의해 제동 개시 조작이 획득된 경우 차량의 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하여 차량의 제동을 수행할 수 있다.
사륜을 독립적으로 제어하는 구조의 경우, 설계 방식에 따라서는 각 코너 모듈의 제동 브레이크가 제거되고 인휠 모터를 통해 제동을 수행하는 방식이 적용될 수도 있으며, 이 경우 차량의 전원이 오프된 상태에서는 인휠 모터에 대한 제어가 불가능하여 제동 제어가 불가능하기 때문에 새로운 제동 로직이 요구된다. 본 실시예에서는 이러한 사륜 독립 구동 장치의 설계 확장성과 그에 따른 제동 로직의 필요성을 고려하여, 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하여 각 차륜의 정렬 상태를 제어하는 방식으로 차량의 제동을 수행하는 방안을 제시하며, 이하에서 구체적으로 설명한다. 실시예의 이해를 돕기 위해, 경사로(S)상에서 주차 또는 정차된 상태를 유지하기 위한 제동 동작(즉, 파킹 브레이크)을 수행하는 예시로서 설명한다.
본 실시예에서 제어부(20)는 차량이 경사로(S)에 위치한 상태에서 제동 개시 조작 획득부(13)에 의해 제동 개시 조작이 획득된 경우, 경사로(S)의 경사 방향과 차량의 종방향 간의 각도(예각)(본 실시예에서 방향각으로 정의한다)에 따라 차량의 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하여 차량의 제동을 수행할 수 있다. 도 30은 차량이 경사로(S)에 위치한 예시를 보이고 있으며, 도 31 내지 도 33은 도 30의 'A' 방향에서 차량 및 경사로(S)를 바라본 경우 차량의 자세를 보이고 있다(도 31: 방향각 0°, 도 32: 방향각 40°, 도 33: 방향각 80°).
이때, 제어부(20)는 차량의 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 하단 차륜(DW) 및 경사로(S)의 상단에 위치한 상단 차륜(UW)에 대하여 각각 차별적인 규칙에 따라 각 차륜을 정렬시킬 수 있다. 도 31의 방향각 0°인 상태를 예시로서 설명하면, 경사로(S)의 경사 방향을 기준으로 경사로(S) 하단에 위치한 하단 차륜(DW)에는 상대적으로 큰 하중이 인가되고, 경사로(S) 상단에 위치한 상단 차륜(UW)에는 상대적으로 작은 하중이 인가된다. 따라서, 상대적으로 큰 하중이 인가되는 하단 차륜(DW)은 경사로(S)의 경사 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 방향으로 정렬되고, 상대적으로 작은 하중이 인가되는 상단 차륜(UW)은 경사 방향과 수직한 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 방향으로 정렬되도록 함이 경사로(S)에서 차량의 종방향 및 횡방향으로의 이동을 억제하고 주정차 상태를 유지하는데 효과적이다.
이에 따라, 하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)에 대한 각 조향 제어 규칙을 각각 제1 규칙 및 제2 규칙으로 표기할 때, 제1 규칙은 경사로(S)의 경사 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 규칙으로, 그리고 제2 규칙은 경사로(S)의 경사면 상에서 경사 방향과 수직인 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 규칙으로 제어부(20)에 미리 정의되어 있을 수 있다.
제1 규칙 및 제2 규칙에 따라 하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)을 각각 정렬시키는 과정에 대하여, 방향각이 0°인 경우의 예시를 보이고 있는 도 34를 참조하여 구체적으로 설명한다. 방향각이 0°인 경우, 하단 차륜(DW)은 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 두 개의 차륜으로 정의되고, 상단 차륜(UW)은 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 두 개의 차륜으로 정의된다(하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)은 방향각에 따라 다르게 정의되며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다).
하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)을 정렬시키기 위한 기준으로서, 본 실시예에서는 차량의 무게 중심(GC)으로부터 경사 방향의 역방향으로 설정 거리만큼 이격된 지점으로 정의되는 기준점을 채용한다. 기준점을 중심으로 하고 차량의 무게 중심(GC)을 지나는 원을 Parking Circle로 정의할 때, 기준점은 CPC(Center of Parking Circle)로 명명될 수 있으며, 각 차륜은 이 기준점(CPC)을 기준으로 정렬되어 경사로(S)에 대하여 차량이 Stable한 상태로 수렴될 수 있다. 상기한 설정 거리는 N*WB로 표현될 수 있으며, 여기서 WB는 전륜축 및 후륜축 간의 거리이고 N은 차량의 경사도에 따라 설정되는 값에 해당한다(예를 들어, 제어부(20)는 경사도가 클수록 더 큰 값을 갖도록 N의 값을 설정할 수 있다. 도 34 내지 도 36에서 N = 1.5). 기준점(CPC)을 정의하는 알고리즘은 제어부(20)에 미리 설정되어 있을 수 있다.
상기와 같이 기준점(CPC)이 정의될 때, 제1 규칙은 기준점(CPC)과 하단 차륜(DW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 하단 차륜(DW)을 정렬시키는 규칙으로 정의될 수 있고, 제2 규칙은 기준점(CPC)과 상단 차륜(UW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 상단 차륜(UW)을 정렬시키는 규칙으로 정의될 수 있다.
이에 따라, 도 34에 도시된 것과 같이, 제어부(20)는 제1 규칙을 통해 기준점(CPC)과 하단 차륜(DW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 하단 차륜(DW)을 정렬시키고, 제2 규칙을 통해 기준점(CPC)과 상단 차륜(UW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 상단 차륜(UW)을 정렬시킬 수 있다.
위에서는 하단 차륜(DW)이 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 두 개의 차륜에 해당하고 상단 차륜(UW)이 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 두 개의 차륜에 해당하는 경우로서 설명하였으며, 앞서 언급한 것과 같이 본 실시예에서 하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)은 방향각에 따라 다르게 정의될 수 있다. 이에 앞서 하기와 같이 제1 영역 내지 제3 영역을 정의한다.
- 제1 영역: 0°이상 제1 기준각 미만인 영역
- 제2 영역: 제1 기준각 이상 제2 기준각 미만인 영역
- 제3 영역: 제2 기준각 이상 90°이하인 영역
제1 기준각 및 제2 기준각은 차량의 사양 및 설계자의 실험적 결과에 기초하여 제어부(20)에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 예를 들어 제1 기준각은 20°로, 제2 기준각은 70°로 설정되어 있을 수 있다.
이에 따라, 방향각이 제1 영역 또는 제3 영역에 존재하는 경우, 하단 차륜(DW)은 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 두 개의 차륜으로 정의되고, 상단 차륜(UW)은 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 두 개의 차륜으로 정의될 수 있다. 또한, 방향각이 제2 영역에 존재하는 경우, 하단 차륜(DW)은 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 세 개의 차륜으로 정의되고, 상단 차륜(UW)은 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 한 개의 차륜으로 정의될 수 있다. 방향각이 제1 영역에 존재하는 경우에 대해서는 도 34를 참조하여 전술하였으므로, 방향각이 제2 영역 및 제3 영역에 존재하는 경우에 대하여 설명한다.
도 32 및 도 35는 방향각이 40°로서 제2 영역에 존재하는 경우의 예시를 보이고 있다. 제어부(20)는 제1 규칙을 통해, 기준점(CPC)과 각 하단 차륜(DW)(즉, 세 개의 하단 차륜(DW))의 중심점을 연결하는 직선, 및 각 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 각 하단 차륜(DW)을 정렬시킬 수 있다. 또한, 제어부(20)는 제2 규칙을 통해, 기준점(CPC)과 상단 차륜(UW)(즉, 나머지 하나의 상단 차륜(UW))의 중심점을 연결하는 직선, 및 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 상단 차륜(UW)을 정렬시킬 수 있다.
도 33 및 도 36은 방향각이 80°로서 제3 영역에 존재하는 경우의 예시를 보이고 있다. 제어부(20)는 제1 규칙을 통해, 기준점(CPC)과 각 하단 차륜(DW)(즉, 두 개의 하단 차륜(DW))의 중심점을 연결하는 직선, 및 각 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 각 하단 차륜(DW)을 정렬시킬 수 있다. 또한, 제어부(20)는 제2 규칙을 통해, 기준점(CPC)과 각 상단 차륜(UW)(즉, 나머지 두 개의 상단 차륜(UW))의 중심점을 연결하는 직선, 및 각 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 각 상단 차륜(UW)을 정렬시킬 수 있다.
상기와 같은 각 차륜의 조향 제어 및 정렬을 통한 제동을 통해, 경사로(S)에서 차량의 종방향 및 횡방향으로의 이동을 억제하고 주정차 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.
도 37은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제2 적용에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 37을 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 제어부(20)는 운전자에 의한 차량의 제동 개시 조작이 획득되었는지 여부를 제동 개시 조작 획득부(13)를 통해 판단한다(S10b).
이어서, 차량이 경사로(S)에 위치한 상태에서 제동 개시 조작이 획득된 경우, 제어부(20)는 경사로(S)의 경사 방향과 차량의 종방향 간의 각도로 정의되는 방향각에 따라 차량의 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하여 차량의 제동을 수행한다(S20b).
S20b 단계에서, 제어부(20)는 차량의 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 하단 차륜(DW) 및 경사로(S)의 상단에 위치한 상단 차륜(UW)에 대하여 각각 제1 규칙 및 제2 규칙에 따라 각 차륜을 정렬시킨다. 이때, 하단 차륜(DW) 및 상단 차륜(UW)은 방향각에 기초하여 정의될 수 있다. 구체적으로, 방향각이 제1 영역 또는 제3 영역에 존재하는 경우, 하단 차륜(DW)은 차량의 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 두 개의 차륜으로 정의되고, 상단 차륜(UW)은 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 두 개의 차륜으로 정의될 수 있다. 또한, 방향각이 제2 영역에 존재하는 경우, 하단 차륜(DW)은 차량의 네 개의 차륜 중 경사로(S)의 하단에 위치한 세 개의 차륜으로 정의되고, 상단 차륜(UW)은 경사로(S)의 상단에 위치한 나머지 한 개의 차륜으로 정의될 수 있다.
전술한 제1 규칙은 경사 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 규칙으로, 그리고 제2 규칙은 경사로(S)의 경사면 상에서 경사 방향과 수직인 방향으로의 차량의 이동을 제한하기 위한 규칙으로 상기 제어부(20)에 미리 정의되어 있을 수 있다. 구체적으로, 차량의 무게 중심(GC)으로부터 경사 방향의 역방향으로 설정 거리만큼 이격된 지점이 기준점(CPC)으로 정의될 때, 제1 규칙은 기준점(CPC)과 하단 차륜(DW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 하단 차륜(DW)을 정렬시키는 규칙으로 정의되고, 제2 규칙은 기준점(CPC)과 상단 차륜(UW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 상단 차륜(UW)을 정렬시키는 규칙으로 정의된다. 이에 따라, S20 단계에서 제어부(20)는 제1 규칙을 통해 기준점(CPC)과 하단 차륜(DW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 하단 차륜(DW)의 장축이 수직이 되도록 하단 차륜(DW)을 정렬시키고, 제2 규칙을 통해 기준점(CPC)과 상단 차륜(UW)의 중심점을 연결하는 직선, 및 상단 차륜(UW)의 장축이 동일 선상에 있도록 상단 차륜(UW)을 정렬시킨다.
제2 적용에 따를 때, 네 개의 차륜의 조향을 독립적으로 제어하여 각 차륜의 정렬 상태를 제어하는 방식으로 차량의 제동을 수행함으로써, 차량의 전원의 온오프 상태와 무관하게 차량의 제동을 안전하게 수행할 수 있다.
3. 제3 적용: 직진 주행 성능 개선을 위한 자세 제어 메커니즘
기존의 내연기관 구조의 차량의 경우, 엔진 - 드라이브 샤프트 - 디퍼런셜 - 축샤프트를 통해 구동력이 전달되나, 본 실시예가 전제하는 사륜 독립 구동 방식의 경우, 각 차륜이 개별적이고 독립적으로 구동되어 축샤프트가 없기 때문에 각 차륜 간의 속도차가 발생할 수 있다. 이러한 각 차륜 간의 속도차는 차량의 직진 주행 시 차량의 스핀 내지 전복을 유발하는 위험 요소가 되기 때문에, 제3 적용에서는 차량의 기구적 측면 또는 추가 조향적 제어 측면이 아닌, 차륜의 구동 제어적 측면으로 접근하여 차량의 직진 주행 성능을 향상시키는 방안을 제시한다.
이를 위해, 제어부(20)는 휠속 획득부(14)에 의해 획득된 네 개의 휠속을 토대로 차량의 직진 주행 성능 저하를 야기하는 이상 차륜을 검출하고, 검출된 이상 차륜의 휠속에 기초하여 각 휠속 간 편차를 보상하기 위한 보상 파라미터를 산출하며, 산출된 보상 파라미터를 토대로 이상 차륜을 구동하기 위한 목표 구동 토크를 결정한 후, 결정된 목표 구동 토크를 통해 이상 차륜의 구동을 제어할 수 있다. 이하에서는 본 실시예의 구성을 제어부(20)의 동작별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 이상 차륜을 검출하는 방식과 관련하여, 제어부(20)는 네 개의 휠속의 제1 평균값을 산출하고, 산출된 제1 평균값과 각 휠속 간의 오차가 미리 설정된 임계값 이상인지 여부를 판단하는 방식으로 이상 차륜을 검출할 수 있다. 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜의 휠속이 각각 Vfl, Vfr, Vrl, Vrr일 때, 제1 평균값 Vavg는 (Vfl+Vfr+Vrl+Vrr)/4로 표현될 수 있으며, 이상 차륜 검출 방식은 "Vavg - Vi ≥ 임계값, i=fl, fr, rl, rr"의 조건식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 위 조건식을 만족시키는 차륜이 좌측 전륜(fl)에 해당할 때, 이상 차륜은 좌측 전륜으로 특정될 수 있다. 만약, 위 조건식을 만족시키는 차륜이 복수 개일 때 이상 차륜은 복수의 차륜 중 더 낮은 휠속을 갖는 차륜으로 특정될 수 있다. 이에 따라, 이상 차륜은 차량의 직진 주행 시 타 차륜보다 일정치 이상으로 낮은 휠속을 가짐으로 인해 차량의 직진 주행 성능 저하를 야기시키는 차륜으로 특정된다. 한편, 상기한 조건식에서 임계값은 제1 평균값에 따라 다른 값으로 정의될 수 있으며, 예를 들어 제1 평균값이 큰 값을 가질수록 임계값이 더 큰 값을 갖도록 정의함으로써 고속 영역에서는 차량의 주행 안정성을 위해 이상 차륜이 보다 더 강화된 기준에 따라 결정되도록 할 수도 있다.
이상 차륜이 검출되면, 제어부(20)는 검출된 이상 차륜의 휠속에 기초하여 각 휠속 간 편차를 보상하기 위한 보상 파라미터를 산출할 수 있다. 각 휠 속 간 편차를 보상한다 함은 이상 차륜의 구동 토크를 증가 보상함으로써(즉, 이상 차륜의 휠속을 증가시킴으로써) 이상 차륜과 타 차륜 간의 휠속 간 편차를 감소시킴을 의미한다.
이때, 제어부(20)는 이상 차륜을 제외한 세 개의 차륜의 휠속의 제2 평균값을 산출하고, 산출된 제2 평균값과 이상 차륜의 휠속 간의 차이값과, 제2 평균값에 따른 가변 게인을 인자로 하여 보상 파라미터를 산출할 수 있다. 이상 차륜이 좌측 전륜으로 검출된 예시에서, 제2 평균값 Vtarget은 (Vfr+Vrl+Vrr)/3으로 표현될 수 있으며, 보상 파라미터는 α*Vtarget*(Vtarget-Vfl)로 표현될 수 있다. 보상 파라미터의 수식에서 두 번째 텀 Vtarget은 추종 대상이 되는 목표 휠속을, 세 번째 텀 Vtarget-Vfl은 이상 차륜의 휠속과 목표 휠속 간의 편차를 보상 파라미터 산출 과정에 고려하기 위한 텀으로서 기능한다. 첫 번째 텀 α는 가변 게인이며, 보상 파라미터의 크기 스케일링을 위한 스케일링 팩터로서 기능한다.
도 38에 도시된 것과 같이, 가변 게인은 상기한 제2 평균값(Vtarget)이 미리 정의된 중저속 영역(예: 미리 정의된 임계속도(Vth) 이하의 영역)에 위치하는 경우 제2 평균값이 증가할수록 감소되는 값으로 결정되고, 제2 평균값(Vtarget)이 미리 정의된 고속 영역(예: 미리 정의된 임계속도(Vth) 초과의 영역)에 위치하는 경우 미리 정의된 고정값으로 결정될 수 있다. 즉, 목표 휠속으로 기능하는 제2 평균값 Vtarget이 높은 값을 가질수록 이상 차륜의 구동 토크에 보상분으로서 기능하는 보상 파라미터를 더 낮은 값으로 산출함이 현재 차량의 구동 제어 상태에 급격한 변화를 야기하지 않고 차량의 주행 안정성을 확보하는데 적합하고, 만약 제2 평균값 Vtarget이 임계속도를 초과하는 경우에는 보상 파라미터를 하한값(즉, 상기의 고정값)으로 산출함이 차량의 주행 안정성을 유지하는데 적합하기 때문에, 제어부(20)는 도 38에 도시된 것과 같이 제2 평균값에 따라 차별적인 값을 갖도록 보상 파라미터를 산출할 수 있다.
보상 파라미터가 산출되면, 제어부(20)는 산출된 보상 파라미터를 토대로 이상 차륜을 구동하기 위한 목표 구동 토크를 결정할 수 있으며, 이 경우 제어부(20)는 이상 차륜의 구동을 위한 현재 구동 토크(즉, 기존의 구동 토크)에 보상 파라미터를 적용하여 목표 구동 토크를 결정할 수 있다(즉, 목표 구동 토크 = 현재 구동 토크 * 보상 파라미터). 이후, 제어부(20)는 상기와 같이 결정된 목표 구동 토크를 통해 이상 차륜의 구동을 제어할 수 있다. 이상 차륜을 구동하기 위한 구동 토크가 기존 대비 증가 보상됨으로써 차량의 직진 주행 성능이 개선될 수 있다.
한편, 제어부(20)는 목표 구동 토크를 통해 이상 차륜의 구동을 제어하는 상태에서, 네 개의 휠속의 제1 평균값을 재산출하고, 재산출된 제1 평균값과 이상 차륜의 휠속 간 오차가 임계값 이상인 경우 출력부(30)를 통해 알람을 출력할 수도 있다. 즉, 제어부(20)는 재산출된 제1 평균값과 이상 차륜의 휠속 간 오차가 임계값 미만인지 여부를 판단하는 방식으로 차량의 직진 주행 성능이 개선되었는지 여부를 판단할 수 있으며, 전술한 과정을 통해 목표 구동 토크를 산출하고 이상 차륜의 구동을 제어하였음에도 재산출된 제1 평균값과 이상 차륜의 휠속 간 오차가 임계값 이상인 것으로 판단된 경우에는 여전히 각 차륜의 휠속 간 편차가 일정치 이상이어서 차량의 스핀 내지 전복과 같은 위험 요소가 존재하는 상황이므로, 제어부(20)는 출력부(30)를 통해 알람을 출력하여 운전자가 해당 상황을 인지하도록 할 수 있다.
도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제3 적용에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 39를 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 제어부(20)는 휠속 획득부(14)를 통해 차량의 네 개의 휠속을 획득한다(S10c).
이어서, 제어부(20)는 S10c 단계에서 획득된 네 개의 휠속을 토대로 차량의 직진 주행 성능 저하를 야기하는 이상 차륜을 검출한다(S20c). S20c 단계에서, 제어부(20)는 네 개의 휠속의 제1 평균값을 산출하고, 산출된 제1 평균값과 각 휠속 간의 오차가 미리 설정된 임계값 이상인지 여부를 판단하는 방식으로 이상 차륜을 검출한다.
이어서, 제어부(20)는 S20c 단계에서 검출된 이상 차륜의 휠속에 기초하여 각 휠속 간 편차를 보상하기 위한 보상 파라미터를 산출한다(S30c). S30c 단계에서, 제어부(20)는 이상 차륜을 제외한 세 개의 차륜의 휠속의 제2 평균값을 산출하고, 산출된 제2 평균값과 이상 차륜의 휠속 간의 차이값과, 제2 평균값에 따른 가변 게인, 그리고 제2 평균값을 인자로 하여 보상 파라미터를 산출한다. 가변 게인은, 제2 평균값이 미리 정의된 중저속 영역에 위치하는 경우 제2 평균값이 증가할수록 감소되는 값으로 결정되고, 제2 평균값이 미리 정의된 고속 영역에 위치하는 경우 미리 정의된 고정값으로 결정된다.
이어서, 제어부(20)는 S30c 단계에서 산출된 보상 파라미터를 토대로 이상 차륜을 구동하기 위한 목표 구동 토크를 결정하며(S40c), 구체적으로 이상 차륜의 구동을 위한 현재 구동 토크에 보상 파라미터를 적용하여 목표 구동 토크를 결정한다.
이어서, 제어부(20)는 S40c 단계에서 결정된 목표 구동 토크를 통해 이상 차륜의 구동을 제어하며(S50c), 이상 차륜 이외의 타 차륜은 기존의 구동 토크에 따라 제어된다.
이어서, 제어부(20)는 네 개의 휠속의 제1 평균값을 재산출하고, 재산출된 제1 평균값과 이상 차륜의 휠속 간 오차를 임계값과 비교한다(S60c). S60c 단계에서, 재산출된 제1 평균값과 이상 차륜의 휠속 간 오차가 임계값 이상인 것으로 판단된 경우, 제어부(20)는 출력부(30)를 통해 알람을 출력한다(S70c).
제3 적용에 따를 때, 차량의 추가적인 기구 내지 추가적인 조향 제어 없이 차륜에 대한 구동 토크 제어만을 통해 각 휠속 간 편차를 보상함으로써 차량의 직진 주행 성능을 향상시킬 수 있다.
4. 제4 적용: 슬립 해소를 위한 자세 제어 메커니즘
기존의 전륜 구동 차량의 경우, ABS(Anti-lock Brake System), ESP(Electronic Stability Program), ECS(Electronic Controlled Suspension)과 같은 전자 제어 시스템을 통해 차량의 자세 제어가 수행됨에 따라 차량의 배터리 소모가 증가되는 한계가 존재한다. 본 실시예의 경우 사륜 독립 구동 방식을 적용하여 각 차륜의 구동을 독립적으로 제어하기 때문에 종래의 차량의 자세 제어 시스템 대비 각 차륜의 구동 및 조향을 제어하는 방식으로 차량의 자세 제어가 가능하며, 이하에서는 각 차륜의 구동 및 조향을 제어하는 방식으로 차량의 자세 제어를 수행하는 구체적인 구성을 제어부(20)의 동작을 중심으로 설명한다.
제4 적용에서, 제어부(20)는 휠속 획득부(14)에 의해 획득된 각 차륜의 휠속을 토대로 미리 정의된 슬립 조건 충족 여부를 판단하고, 슬립 조건이 충족된 것으로 판단된 경우 각 차륜의 구동 토크를 제어하는 구동 토크 제어를 통해 차량의 자세 제어를 수행할 수 있다.
상기한 슬립 조건은 차륜에 슬립이 발생한 경우로서 차량의 주행 안정성을 위한 자세 제어의 필요 여부를 판단하기 위한 조건에 해당한다. 이 경우, 제어부(20)는 각 차륜의 휠속을 토대로 각 차륜의 슬립율을 산출하고(주지된 것과 같이 각 차륜의 슬립율은 '차속 및 각 휠속 간의 차이'와 '차속'의 비율로서 산출될 수 있다), 산출된 각 차륜의 슬립율 중 최대값을 갖는 최대 슬립율을 결정하며, 결정된 최대 슬립율이 미리 설정된 임계값 이상이면 슬립 조건이 충족된 것으로 판단할 수 있다.
슬립 조건이 충족된 것으로 판단된 경우, 제어부(20)는 전술한 구동 토크 제어를 통해 차량의 자세 제어를 수행할 수 있으며, 이 경우 제어부(20)는 각 차륜의 현재 구동 토크 대비 더 낮은 값을 갖는 목표 구동 토크를 통해 각 차륜의 구동을 제어할 수 있다(목표 구동 토크는 각 차륜의 구동을 위해 현재 인가되고 있는 각 차륜별 현재 구동 토크 중 최소값보다 더 낮은 값으로 결정될 수 있다). 즉, 제어부(20)는 현재 차륜의 슬립 상태를 해소하기 위해 차륜의 구동 토크를 감소시키는 제어를 수행하며, 각 차륜은 동일한 목표 구동 토크를 통해 그 구동이 제어될 수 있다. 이때, 최대 슬립율이 클수록 해당 슬립 상태를 해소하기 위해서는 차륜의 구동 토크를 더 낮은 값으로 감소시킬 필요가 있으므로, 목표 구동 토크는 최대 슬립율이 큰 값을 가질수록 더 작은 값을 갖도록 결정될 수 있으며, 예를 들어 목표 구동 토크 및 최대 슬립율은 음의 선형 관계를 갖도록 제어부(20)에 정의되어 있을 수 있다.
위의 구동 토크 제어를 수행한 후, 제어부(20)는 슬립 조건 충족 여부를 재판단하여 구동 토크 제어를 통해 슬립 상태가 해소되었는지 판단할 수 있다. 만약, 슬립 조건의 충족 상태가 유지되는 것으로 판단된 경우(즉, 슬립 상태가 해소되지 않은 경우), 제어부(20)는 각 차륜의 조향을 제어하는 조향 제어를 후속 수행하여 차량의 자세 제어를 수행할 수 있다.
조향 제어를 수행할 때, 제어부(20)는 최대 슬립율을 갖는 차륜의 횡방향 반대측 두 개의 차륜의 조향을 목표 조향각만큼 변위시키는 방식으로 조향 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 최대 슬립율을 갖는 차륜이 우측 전륜에 해당하는 경우, 제어부(20)는 좌측 전륜 및 좌측 후륜의 조향을 목표 조향각만큼 변위시키는 방식으로 조향 제어를 수행할 수 있다. 위 예시에서, 좌측 전륜 및 좌측 후륜에 대한 조향 제어는 차량의 제동 효과를 유도하여 우측 전륜의 슬립 상태를 해소하기 위한 것이므로 그 조향 방향은 좌측 또는 우측 중 어느 하나가 될 수 있다. 이때, 최대 슬립율이 클수록 해당 슬립 상태를 해소하기 위해서는 횡방향 반대측 두 개의 차륜의 조향각을 더 크게 형성시킬 필요가 있으므로, 목표 조향각은 최대 슬립율이 큰 값을 가질수록 더 큰 값을 갖도록 결정될 수 있으며, 예를 들어 목표 조향각 및 최대 슬립율은 양의 선형 관계를 갖도록 제어부(20)에 정의되어 있을 수 있다. 횡방향 반대측 두 개의 차륜에 대한 급격한 조향 제어로 인해 차량의 거동이 불안정해지는 현상을 방지하기 위해, 횡방향 반대측 두 개의 차륜의 조향각이 목표 조향각에 도달하기까지의 제어 시간은 설계자의 실험적 결과에 기초하여 충분한 설정 시간으로 선택되어 제어부(20)에 설정되어 있을 수 있다.
도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제4 적용에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 40을 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 제어부(20)는 휠속 획득부(14)를 통해 네 개의 차륜 각각의 휠속을 획득한다(S10d).
이어서, 제어부(20)는 S10d 단계에서 획득된 각 차륜의 휠속을 토대로 미리 정의된 슬립 조건 충족 여부를 판단한다(S20d). S20d 단계에서, 제어부(20)는 각 차륜의 휠속을 토대로 각 차륜의 슬립율을 산출하고, 산출된 각 차륜의 슬립율 중 최대값을 갖는 최대 슬립율을 결정하며, 결정된 최대 슬립율이 미리 설정된 임계값 이상이면 슬립 조건이 충족된 것으로 판단한다.
S20d 단계에서 슬립 조건이 충족된 것으로 판단된 경우, 제어부(20)는 각 차륜의 구동 토크를 제어하는 구동 토크 제어를 통해 차량의 자세 제어를 수행한다(S30d). S30d 단계에서, 제어부(20)는 각 차륜의 현재 구동 토크 대비 더 낮은 값을 갖는 목표 구동 토크를 통해 각 차륜의 구동을 제어하며, 이때 목표 구동 토크는 최대 슬립율이 큰 값을 가질수록 더 작은 값을 갖도록 결정될 수 있다.
S30d 단계 이후, 제어부(20)는 슬립 조건 충족 여부를 재판단한다(S40d).
S40d 단계에서 슬립 조건의 충족 상태가 유지되는 것으로 판단된 경우, 제어부(20)는 각 차륜의 조향을 제어하는 조향 제어를 통해 차량의 자세 제어를 수행한다(S50d). S50d 단계에서, 최대 슬립율을 갖는 차륜의 횡방향 반대측 두 개의 차륜의 조향을 목표 조향각만큼 변위시키며, 이때 목표 조향각은 최대 슬립율이 큰 값을 가질수록 더 큰 값을 갖도록 결정될 수 있다.
S40d 단계 및 S50d 단계는, S40d 단계에서 슬립 조건이 충족되지 않은 것으로 판단될 때까지(즉, 슬립 상태가 해소될 때까지), 미리 정의된 반복 회수 내에서 반복적으로 수행될 수 있다
제4 적용에 따를 때, 종래의 차량의 자세 제어 시스템에 대한 의존성을 제거하고 각 차륜의 구동 및 조향을 제어하는 방식만으로 차량의 자세 제어가 가능하며, 이에 따라 차량의 자세 제어를 위해 요구되는 배터리 소모량을 절감시켜 배터리 가용 용량을 향상시키는 효과가 도출될 수 있다.
5. 제5 적용: 목표 궤적 생성 및 추종 제어 메커니즘
사륜 독립 구동 방식의 경우 각 휠이 상호 기구적으로 연결되어 있지 않기 때문에 각 휠의 조향을 독립적으로 제어해야 하며, 특히 선회 주행 시 차량의 주행 안정성을 확보하기 위해서는 각 휠의 조향 제어에 대한 정량적인 제어 메커니즘이 마련되어야 한다. 이에 따라, 제5 적용에서는 사륜 독립 구동 방식이 적용된 차량이 소정의 곡률을 갖는 곡로를 선회 주행하는 경우(구체적으로는, 설정 속도 미만의 차속으로 저속 선회의 경우로서 각 차륜의 슬립이 발생하지 않는 경우) 각 차륜의 목표 조향각을 차별적으로 산출하여 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 방안을 제시한다.
제5 적용에서, 제어부(20)는 전술한 차량 정보 획득부(15)에 의해 획득된 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보에 기초하여 차량의 이동 대상이 되는 목표 지점까지의 거리 정보를 산출하고, 목표 지점까지의 목표 궤적의 곡률로 정의되는 목표 곡률을 상기 산출된 거리 정보를 토대로 산출하며, 산출된 목표 곡률을 토대로 차량의 네 개의 차륜 각각의 목표 조향각을 산출한 후, 산출된 각각의 목표 조향각에 따라 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 이하에서는 본 실시예의 구성을 제어부(20)의 동작별로 구체적으로 설명한다.
먼저, 목표 지점까지의 거리 정보를 산출하는 방식과 관련하여, 제어부(20)는 차량의 차속과, 주변 영상 정보로부터 산출되는 차로 중심(도 41의 ④)으로부터의 차량의 옵셋 거리 및 차로 중심을 기준으로 하는 차로의 곡률 반경을 이용하여(상기한 옵셋 거리 및 차로의 곡률 반경은 주변 영상 정보에 포함된 차선 및 차로에 대한 분석을 통해 산출될 수 있다) 목표 지점까지의 거리 정보를 산출할 수 있으며, 상기한 거리 정보는 차량의 현재 위치(도 41의 C)로부터 목표 지점(도 41의 A)까지의 직선 거리, 종방향 거리 및 횡방향 거리를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부(20)는 미리 정의된 거리 산출 알고리즘에 차량의 차속을 적용하는 방식으로 상기한 목표 지점까지의 직선 거리를 산출할 수 있다. 여기서, 거리 산출 알고리즘은 차속이 클수록 더 큰 직선 거리가 산출되는 알고리즘으로 제어부(20)에 미리 정의되어 있을 수 있으며, 예를 들어 L = A*Vx + B의 1차식 형태로 정의되어 있을 수 있다(L은 직선 거리, Vx는 차속, A 및 B는 설계자의 실험적 결과에 기초하여 설계된 상수값).
목표 지점까지의 직선 거리가 산출되면, 제어부(20)는 상기한 옵셋 거리, 차량의 헤딩각, 차로의 곡률 반경 및 목표 지점까지의 직선 거리를 이용하여 목표 지점까지의 종방향 거리 및 횡방향 거리를 산출할 수 있다. 도 41을 참조하면 하기 수학식 1이 유도될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1을 x, y에 대하여 정리하면 하기 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
수학식 1 및 2에서 L, x, y는 각각 목표 지점까지의 직선 거리, 종방향 거리 및 횡방향 거리이고, R은 차로의 곡률 반경이고, ρk는 차로의 곡률(1/R)이고, ε은 옵셋 거리이다.
상기와 같이 목표 지점까지의 거리 정보가 산출되면, 제어부(20)는 산출된 거리 정보를 토대로, 목표 지점까지의 목표 궤적의 곡률로 정의되는 목표 곡률을 산출할 수 있다. 본 실시에에서 목표 곡률은 차량의 중심을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 중심의 이동 목표 궤적, 도 41 및 도 42의 ①)의 곡률로 정의되는 중심 목표 곡률과, 차량의 좌륜을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 좌륜의 이동 목표 궤적, 도 42의 ②)의 곡률로 정의되는 좌륜 목표 곡률과, 차량의 우륜을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 우륜의 이동 목표 궤적, 도 42의 ③)의 곡률로 정의되는 우륜 목표 곡률로 구분될 수 있다. 제어부(20)는 중심 목표 곡률을 우선적으로 산출한 후, 차량의 윤거 정보를 이용하여 중심 목표 곡률을 좌륜 목표 곡률 및 우륜 목표 곡률로 확장할 수 있다.
도 41 및 도 42를 참조하면 중심 목표 곡률은 하기 수학식 3에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3에서 Rc는 차량 중심의 이동 목표 궤적의 곡률 반경, φ는 차량의 헤딩각, α는 차량과 목표 지점과의 각도, L은 목표 지점까지의 직선 거리, ρc는 중심 목표 곡률(1/Rc)이다.
중심 목표 곡률이 산출되면, 제어부(20)는 차량의 윤거 정보를 이용하여 중심 목표 곡률로부터 좌륜 목표 곡률 및 우륜 목표 곡률을 산출할 수 있다. 차량이 좌측으로 선회 주행중인 예시를 보이는 도 42를 참조하면, 좌륜 목표 곡률 및 우륜 목표 곡률은 각각 하기 수학식 4 및 5에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
수학식 4에서 RL은 차량 좌륜의 이동 목표 궤적의 곡률 반경, RC는 차량 중심의 이동 목표 궤적의 곡률 반경, wL은 차량 윤거의 절반값(w/2, w는 윤거), ρL은 좌륜 목표 곡률이고, 수학식 5에서 RR은 차량 우륜의 이동 목표 궤적의 곡률 반경, RC는 차량 중심의 이동 목표 궤적의 곡률 반경, wR은 차량 윤거의 절반값(w/2, w는 윤거), ρR은 우륜 목표 곡률이다.
한편, 도 42와 수학식 4 및 5는 차량의 좌측 선회 주행을 예시하여 설명한 것이며, 차량의 우측 선회 주행의 경우에는 선회 내측 차륜 및 선회 외측 차륜이 반대가 되므로 좌측 목표 곡률 및 우측 목표 곡률은 하기 수학식 6에 따라 산출된다.
Figure pat00006
상기와 같이 좌측 목표 곡률 및 우측 목표 곡률이 산출되면, 제어부(20)는 산출된 각 목표 곡률을 토대로 차량의 네 개의 차륜 각각의 목표 조향각을 산출할 수 있다.
구체적으로, 앞서 산출된 좌측 목표 곡률 및 우측 목표 곡률을 토대로 좌륜 및 우륜의 목표 요레이트는 하기 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00007
수학식 7에서 YRdes,L은 좌륜의 목표 요레이트, ρL은 좌륜 목표 곡률, YRdes,R은 우륜의 목표 요레이트, ρR은 우륜 목표 곡률, vx는 차속이다.
도 43는 2 자유도를 갖는 차량 동역학 모델의 예시를 보이고 있으며(편의상 도 43에는 전후 좌륜만을 도시하였다), 도 43의 차량 동역학 모델에 따르면 각 차륜의 슬립각은 하기 수학식 8에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00008
수학식 8에서 αfl, αfr, αrl, αrr은 각각 좌측 전륜의 슬립각, 우측 전륜의 슬립각, 좌측 후륜의 슬립각, 우측 후륜의 슬립각이고, βcg는 차량 중심의 슬립각이고, vx는 차속이고, lf는 차량의 전륜 축 및 중심(cg) 간의 거리이고, lr은 차량의 후륜 축 및 중심(cg) 간의 거리이고, YRdes,L 및 YRdes,R은 각각 좌륜 및 우륜의 목표 요레이트이고, δfl, δfr, δrl, δrr는 각각 산출 대상이 되는 좌측 전륜의 목표 조향각, 우측 전륜의 목표 조향각, 좌측 후륜의 목표 조향각, 우측 후륜의 목표 조향각이다.
앞서 언급한 것과 같이 본 실시예는 차량의 저속 선회의 경우로서 각 차륜의 슬립이 발생하지 않는 경우를 전제하므로, 수학식 8에서 αfl, αfr, αrl, αrr과 βcg는 0의 값으로 근사화될 수 있으며, 따라서 좌측 전륜의 목표 조향각, 우측 전륜의 목표 조향각, 좌측 후륜의 목표 조향각, 우측 후륜의 목표 조향각은 하기 수학식 9에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00009
위 경우는 전륜과 후륜의 역상 상태에서의 목표 조향각을 산출하는 과정으로서, 전륜과 후륜의 동상 상태에서의 목표 조향각은 다음의 과정을 통해 산출될 수 있다.
먼저, 동상 상태에서의 차량 동역학 모델은 하기 수학식 10에 따라 표현될 수 있다.
Figure pat00010
수학식 10에서 β 및 ψ는 각각 차량 중심의 슬립각 및 방향각이고, 행렬 파라미터를 정의하는 각 인자는 하기 표 2를 참조한다.
vx 차속(Vehicle Speed)
m 차량 질량(Vehicle Mass)
I 관성 요 모멘트(Yaw moment of Inertia)
lf 전륜 축과 무게 중심 간의 거리(Distance from front axle to C.G)
lr 후륜 축과 무게 중심 간의 거리(Distance from rear axle to C.G)
Cf 전방 코너링 계수(Front conering coefficient)
Cr 후방 코너링 계수(Rear conering coefficient)
차량의 슬립각이 0인 경우를 전제하므로, 수학식 10의 좌변과 β가 0이 되어 하기 수학식 11이 유도된다.
Figure pat00011
β= 0인 조건에서 δf 및 δr 간의 관계는 하기 수학식 12와 같이 도출된다.
Figure pat00012
좌측 전륜의 목표 조향각 및 우측 전륜의 목표 조향각은 앞서 설명한 수학식 9에 따라 산출되며, 좌측 후륜의 목표 조향각 및 우측 후륜의 목표 조향각은 수학식 12와의 관계에 따라 산출된다. 이에 따라, 동상 상태에서, 좌측 전륜의 목표 조향각, 우측 전륜의 목표 조향각, 좌측 후륜의 목표 조향각, 우측 후륜의 목표 조향각은 하기 수학식 13에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00013
결과적으로, 제어부(20)는 미리 정의된 차량 동역학 모델을 기반으로, 차량의 전륜 축 및 중심 간의 거리와 좌륜 목표 곡률을 이용하여 좌측 전륜의 목표 조향각을 산출하고, 차량의 전륜 축 및 중심 간의 거리와 우륜 목표 곡률을 이용하여 우측 전륜의 목표 조향각을 산출하며, 차량의 후륜 축 및 중심 간의 거리와 좌륜 목표 곡률을 이용하여 좌측 후륜의 목표 조향각을 산출하고, 차량의 후륜 축 및 중심 간의 거리와 우륜 목표 곡률을 이용하여 우측 후륜의 목표 조향각을 산출할 수 있다.
각 차륜의 목표 조향각이 산출되면, 제어부(20)는 산출된 각각의 목표 조향각에 따라 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 이 경우, 도 44에 도시된 것과 같이 제어부(20)는 각각의 목표 조향각과 현재 차량의 조향각에 대한 피드포워드(FeedForward) 제어(Understeer Gradient) 및 피드백(FeedBack) 제어(PID 제어)를 통해 네 개의 차륜의 구동을 위한 구동 토크를 각각 산출하여 네 개의 차륜의 구동을 제어하는 방식으로 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
도 45는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 제5 적용에서의 동작 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 45를 참조하여 본 실시예에 따른 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법을 설명하며, 전술한 내용과 중복되는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고 그 시계열적인 구성을 중심으로 설명한다.
먼저, 제어부(20)는 차량 정보 획득부(15)로부터 차량의 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보를 획득한다(S10e). 주행 상태 정보는 차량의 차속 및 헤딩각을 포함할 수 있고, 주행 환경 정보는 차량의 주변 영상 정보(예: 전방 영상)를 포함할 수 있다
이어서, 제어부(20)는 차량의 주행 상태 정보 및 주행 환경 정보에 기초하여 차량의 이동 대상이 되는 목표 지점까지의 거리 정보를 산출한다(S20e). S20e 단계에서, 제어부(20)는 차량의 차속과, 주변 영상 정보로부터 산출되는 차로 중심으로부터의 차량의 옵셋 거리 및 차로 중심을 기준으로 하는 차로의 곡률 반경을 이용하여, 목표 지점까지의 거리 정보로서 차량으로부터 목표 지점까지의 직선 거리, 종방향 거리 및 횡방향 거리를 산출한다.
이어서, 제어부(20)는 목표 지점까지의 목표 궤적의 곡률로 정의되는 목표 곡률을 S20e 단계에서 산출된 거리 정보를 토대로 산출한다(S30e). 목표 곡률은 차량의 중심을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 중심의 이동 목표 궤적)의 곡률로 정의되는 중심 목표 곡률과, 차량의 좌륜을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 좌륜의 이동 목표 궤적)의 곡률로 정의되는 좌륜 목표 곡률과, 차량의 우륜을 기준으로 하는 목표 궤적(즉, 차량의 우륜의 이동 목표 궤적)의 곡률로 정의되는 우륜 목표 곡률로 구분될 수 있다. 이에 따라, S30e 단계에서 제어부(20)는 차량으로부터 목표 지점까지의 직선 거리, 종방향 거리, 횡방향 거리, 및 차량의 헤딩각을 이용하여 중심 목표 곡률을 산출한 후, 차량의 윤거 정보를 이용하여 중심 목표 곡률로부터 좌륜 목표 곡률 및 우륜 목표 곡률을 산출한다.
이어서, 제어부(20)는 S30e 단계에서 산출된 목표 곡률을 토대로 차량의 네 개의 차륜 각각의 목표 조향각을 산출한다(S40e). S40e 단계에서, 제어부(20)는 미리 정의된 차량 동역학 모델을 기반으로, 차량의 전륜 축 및 중심 간의 거리와 좌륜 목표 곡률을 이용하여 좌측 전륜의 목표 조향각을 산출하고, 차량의 전륜 축 및 중심 간의 거리와 우륜 목표 곡률을 이용하여 우측 전륜의 목표 조향각을 산출하며, 차량의 후륜 축 및 중심 간의 거리와 좌륜 목표 곡률을 이용하여 좌측 후륜의 목표 조향각을 산출하고, 차량의 후륜 축 및 중심 간의 거리와 우륜 목표 곡률을 이용하여 우측 후륜의 목표 조향각을 산출한다. 이 경우, 제어부(20)는 차량의 각 차륜의 슬립각이 0인 조건에서 네 개의 차륜 각각의 목표 조향각을 산출한다.
이어서, 제어부(20)는 S40e 단계에서 산출된 각각의 목표 조향각에 따라 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어한다(S50e). S50e 단계에서, 제어부(20)는 각각의 목표 조향각과 현재 차량의 조향각에 대한 피드포워드 및 피드백 제어를 통해 네 개의 차륜의 구동을 위한 구동 토크를 각각 산출하여 네 개의 차륜의 구동을 제어하는 방식으로 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어한다.
제5 적용에 따를 때, 사륜 독립 구동 방식이 적용된 차량의 선회 주행 시 각 차륜의 목표 조향각을 차별적으로 산출하여 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 정량적인 제어 메커니즘을 제시함으로써 차량의 선회 주행 성능 및 선회 주행 안정성이 개선될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. "부"는, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, "부"는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
1 : 차량용 코너 모듈 장치 2 : 탑햇
3 : 도어부 3a : 제1도어
3b : 제2도어 100 : 프레임 모듈
200 : 코너 모듈 300 : 휠
400 : 배터리 500 : 인버터
1000 : 메인플랫폼 어셈블리
1100 : 메인플랫폼 1110 : 메인플레이트
1120 : 메인휠하우징 1130 : 메인체결부
1131 : 상부메인체결부 1132 : 하부메인체결부
1200A : 제1코너모듈플랫폼 1210A : 제1코너모듈플레이트
1220A : 제1코너모듈휠하우징 1221A : 제1마운팅플레이트
1230A : 제1코너모듈체결부 1231A : 제1코너모듈상부체결부
1232A : 제1코너모듈하부체결부 1240A : 제1코너모듈연장체결부
1241A : 제1코너모듈상부연장체결부 1242A : 제1코너모듈하부연장체결부
1200B : 제2코너모듈플랫폼 1210B : 제2코너모듈플레이트
1220B : 제2코너모듈휠하우징 1221B : 제2마운팅플레이트
1230B : 제2코너모듈체결부 1231B : 제2코너모듈상부체결부
1232B : 제2코너모듈하부체결부 1240B : 제2코너모듈연장체결부
1241B : 제2코너모듈상부연장체결부 1242B : 제2코너모듈하부연장체결부
1300 : 미들모듈플랫폼 1200C : 제3코너모듈플랫폼
2100 : 구동유닛 2110 : 인휠 모터
2120 : 너클 2200 : 제동유닛
2210 : 브레이크 디스크 2220 : 브레이크 캘리퍼
2300 : 서스펜션유닛 2310 : 서스펜션암
2311 : 제1암 2312 : 제2암
2320 : 쇽업소버모듈 2321 : 실린더
2322 : 로드 2323 : 탄성체
2400 : 조향유닛 2410 : 조향본체
2411 : 수용부 2420 : 조향구동유닛
2421 : 동력발생모듈 2422 : 회전모듈
2422a : 마운팅부 2422b : 회전모듈본체
2422c : 입력축 2422d : 출력축
2422e : 감속모듈 2422f : 조향 가이드
2423 : 동력전달모듈 2424 : 측정모듈
2424a : 내경부
10 : 획득 모듈 11 : 지령 조향각 획득부
12 : 동역상 비율 획득부 13 : 제동 개시 조작 획득부
14 : 휠속 획득부 15 : 차량 정보 획득부
20 : 제어부 30 : 출력부

Claims (10)

  1. 지령 조향각을 획득하는 지령 조향각 획득부;
    차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득하는 동역상 비율 획득부로서, 상기 동역상 비율은 운전자의 조작에 따라 변경 설정 가능하도록 구성되는, 동역상 비율 획득부;
    상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각 및 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각 및 지령 후륜각을 산출하고, 상기 지령 전륜각 및 상기 지령 후륜각을 이용하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출한 후, 상기 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 상기 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하되, 상기 동역상 비율의 변경에 의해 천이되는 조향 제어 모드에 따라 상기 제1 내지 제4 목표각을 가변적인 값으로 산출하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동역상 비율의 변경에 따른 상기 조향 제어 모드의 천이는 상기 차량의 주행 과정에서 발생 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동역상 비율은 -1 내지 1의 값을 갖고,
    상기 조향 제어 모드는 상기 동역상 비율이 0인 경우에 해당하는 전륜 조향 모드, 상기 동역상 비율이 0 초과 1 이하인 경우에 해당하는 사륜 동상 조향 모드, 및 상기 동역상 비율이 -1 이상 0 미만인 경우에 해당하는 사륜 역상 조향 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차량의 주행 과정에서 상기 동역상 비율의 변경에 의해 상기 조향 제어 모드의 천이가 야기된 경우, 상기 네 개의 차륜의 조향각의 변경 속도를 미리 설정된 제어 속도로 제어함으로써 미리 설정된 과도 시간동안 상기 조향 제어 모드의 천이를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각으로부터 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 전륜각과 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하며, 상기 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치.
  6. 지령 조향각 획득부가, 지령 조향각을 획득하는 단계;
    동역상 비율 획득부가, 차량에 대하여 정의되는 바이시클 모델(Bycicle Model)의 전륜 및 후륜 간의 동역상 여부 및 조향각 비율을 나타내는 동역상 비율을 획득하는 단계로서, 상기 동역상 비율은 운전자의 조작에 따라 변경 설정 가능하도록 구성되는, 단계;
    제어부가, 상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각 및 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각 및 지령 후륜각을 산출하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 지령 전륜각 및 상기 지령 후륜각을 이용하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 산출된 제1 내지 제4 목표각을 이용하여 상기 차량의 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 동역상 비율의 변경에 의해 천이되는 조향 제어 모드에 따라 상기 제1 내지 제4 목표각을 가변적인 값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동역상 비율의 변경에 따른 상기 조향 제어 모드의 천이는 상기 차량의 주행 과정에서 발생 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 동역상 비율은 -1 내지 1의 값을 갖고,
    상기 조향 제어 모드는 상기 동역상 비율이 0인 경우에 해당하는 전륜 조향 모드, 상기 동역상 비율이 0 초과 1 이하인 경우에 해당하는 사륜 동상 조향 모드, 및 상기 동역상 비율이 -1 이상 0 미만인 경우에 해당하는 사륜 역상 조향 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 네 개의 차륜의 조향을 각각 독립적으로 제어하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 차량의 주행 과정에서 상기 동역상 비율의 변경에 의해 상기 조향 제어 모드의 천이가 야기된 경우, 상기 네 개의 차륜의 조향각의 변경 속도를 미리 설정된 제어 속도로 제어함으로써 미리 설정된 과도 시간동안 상기 조향 제어 모드의 천이를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 지령 조향각 획득부에 의해 획득된 지령 조향각으로부터 상기 바이시클 모델의 지령 전륜각을 산출하고, 상기 산출된 지령 전륜각과 상기 동역상 비율 획득부에 의해 획득된 동역상 비율에 기초하여 상기 바이시클 모델의 지령 후륜각을 산출하며, 상기 바이시클 모델을 사륜 차량 모델로 확장하여 상기 차량의 좌측 전륜, 우측 전륜, 좌측 후륜, 우측 후륜 각각의 제1 내지 제4 목표각을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 코너 모듈 장치의 동작 방법.
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