WO2015030425A1 - 차량 롤링제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

차량 롤링제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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WO2015030425A1
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김성진
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Kim Sung Jin
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    • B62K5/00—Cycles with handlebars, equipped with three or more main road wheels
    • B62K5/08—Cycles with handlebars, equipped with three or more main road wheels with steering devices acting on two or more wheels

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle rolling control system and a method for controlling the steering of the vehicle by adjusting the inclination of the vehicle body, specifically, a wheel for changing the direction of the vehicle having a seal connecting plate connecting the left and right side seals of the vehicle and
  • the present invention relates to a vehicle rolling control system and method for controlling steering by tilting a frame in a direction to be switched, and further controlling a vehicle steering by adjusting a speed of each driving motor by providing a separate driving motor for each wheel of the vehicle. .
  • the rolling system is a system that can be applied to future eco-friendly vehicles or means of transportation, the drive motor provided in each wheel of the vehicle, the wheel and frame inclined according to the change of direction, and the steering unit and the driving unit interlocked with it Can be done.
  • Korean Patent No. 021375 (hereinafter referred to as prior art) relates to a device for correcting left and right tilting of a vehicle, and seeks a solution to some of the aforementioned problems.
  • the prior art detects a vehicle speed, a steering angle, a lateral inclination of a road and a load applied to each wheel when the vehicle changes direction, and controls the lateral inclination of the vehicle in advance, thereby minimizing side force that a passenger may experience.
  • a right and left tilt correction device is disclosed.
  • the present invention has been proposed based on this technical background, and in order to meet the salping technical needs from above, it was invented to provide additional technical elements that cannot be easily invented by those skilled in the art.
  • the present invention was created in the process of meeting the technical requirements of the field of automotive chassis systems, the scope of application is not necessarily limited to the field of automotive chassis systems. That is, the present invention can be applied and applied to various transportation fields within the range including the technical idea to be described below.
  • the present invention has a frame including a seal connecting plate and a seal connecting shaft connecting the left and right side seals of the vehicle, and the wheel and the frame connected to each of the front and rear axles of the vehicle according to the rotation of the seal connecting shaft and the ground and
  • An object of the present invention is to provide a system capable of controlling the steering of a vehicle by tilting it to the left or the right with respect to the vertical direction.
  • the present invention further comprises a steering link that can be rotated to the left or right relative to the ground and the horizontal direction, the vehicle turning and vertical to the ground based on the horizontal direction with respect to the ground in switching the traveling direction of the vehicle It is an object of the present invention to provide a system that can simultaneously control the tilt of the vehicle body based on the direction.
  • an object of the present invention is to provide a system for controlling the steering of the vehicle by further comprising a drive motor and an electronic transmission on each wheel of the vehicle to control the speed of the drive motor.
  • an object of the present invention is to provide a system that can detect the vehicle state information through the sensor unit, calculate a compensation value for the detected vehicle state information to perform a steering control and drive control accordingly to maintain a stable running of the vehicle It is done.
  • the present invention provides a vehicle rolling control system and its method as a means for solving the above problems.
  • the categories of these inventions are not limited by the words themselves, and can be variously interpreted in various ways within the scope including the following technical ideas.
  • the vehicle rolling control system for solving the above problems is connected to the left and right side seals 130 of the vehicle, the slope of the vehicle by the steering force transmitted from the steering unit Seal connecting plate 110 to adjust the front wheel 170 and the rear wheel 170, respectively, and includes a front axle 140 and the rear axle 150 for transmitting steering power to each wheel 170.
  • the inclination control motor 185 is driven according to the steering control signal received from the control unit 500 to transmit steering force to the seal connecting plate 110 to rotate the seal connecting shaft 117, and the seal connecting shaft (
  • a steering unit (100) for controlling the traveling direction of the vehicle by tilting the frame (50) and the wheel (170) to the left or the right of the vehicle traveling direction based on a vertical direction with respect to the ground according to the rotation of the 117;
  • a driving unit 300 driving the vehicle according to the driving control signal received from the control unit 500. Characterized in that it comprises a.
  • the vehicle further includes steering links 160 that connect the wheels 170 and the axle of the vehicle and rotate left or right with respect to the ground and the horizontal direction.
  • the steering unit 100 controls the moving direction of the vehicle by tilting the frame and the wheel 170 to the left or the right with respect to the vertical direction to the ground according to the rotation of the seal connecting shaft 117.
  • the direction of control of the vehicle is controlled by controlling the direction of travel of the vehicle and by rotating the steering link 160 to the left or the right with respect to the horizontal direction with respect to the ground.
  • the driving unit 300 further includes a driving motor 310 connected to each wheel 170 of the vehicle and an electronic transmission for controlling the driving motor 310.
  • 500 generates a driving control signal for controlling the speed of the driving motor 310 of each wheel 170 and transmits it to the driving unit 300, the driving unit 300 according to the received driving control signal, each wheel It is characterized in that for driving the vehicle by adjusting the speed of the drive motor 310 of (170).
  • the driving unit 300 decreases the speed of the driving motor 310 of the vehicle left wheel 170 and increases the speed of the driving motor 310 of the vehicle right wheel 170 or maintains the existing speed. To the left, reduce the speed of the drive motor 310 of the right wheel 170 of the vehicle and increase the speed of the drive motor 310 of the left wheel 170 of the vehicle or maintain the existing speed to the right of the vehicle It may be characterized by switching to.
  • the steering unit 100 rotates the seal connecting shaft 117 in the right direction of the vehicle body to control the frame 50 including the wheel 170 to incline to the right.
  • the driving direction of the vehicle is shifted to the right side, and the seal connecting shaft 117 is rotated to the left side of the vehicle body so that the frame 50 including the wheel 170 is inclined to the left side so that the traveling direction of the vehicle is shifted to the left side. It is characterized by switching.
  • the vehicle rolling control system may further include: a sensor unit configured to detect vehicle state information including at least one of a tilt, a rotational inertia, a centrifugal force, and an acceleration of the vehicle, and transmit one or more detected values to the controller 500. It may further include.
  • the control unit 500 when receiving a detection value including the centrifugal force magnitude from the sensor unit, obtains the difference between the centrifugal force magnitude and the predetermined reference value, The steering value is generated by calculating a compensation value so that the difference becomes 0, and the steering part 100 controls the inclination of the vehicle by rotating the seal connecting shaft 117 according to the steering control signal. can do.
  • the vehicle rolling control system may further include a tire mounted on the wheel 170, and the tread of the tire may be a semicircle having a curvature.
  • the steering signal and the driving signal in the vehicle rolling control system may be pulse width modulation (PWM) signals.
  • PWM pulse width modulation
  • the steering unit 100 may independently control steering links 160 connected to the front axle and the rear axle.
  • the vehicle rolling control method for solving the above problems (a) the steering operation mechanism 200 and the drive operation mechanism 400 receives a steering signal and a drive signal, respectively Transmitting the control to the control unit 500; (b) the controller 500 analyzing the received steering signal and the driving signal; (c) the control unit 500 calculates data necessary for changing the traveling direction of the vehicle and data necessary for driving the vehicle, and generates a steering control signal and a driving control signal based on the calculated data, respectively, and the steering unit Transmitting to the 100 and the driver 300; (d) The steering unit 100 controls the seal connecting shaft 117 or the steering link 160 according to the received steering control signal, so that the frame including the wheel 170 of the vehicle is perpendicular to the ground.
  • the driving direction of the vehicle is controlled by tilting it to the left or right of the vehicle traveling direction as a reference or by rotating it to the left or right of the vehicle traveling direction with respect to the horizontal direction with respect to the ground, and the driving unit 300 controls the received driving control signal.
  • Controlling the driving direction of the vehicle by adjusting the speed of the driving motor 310 connected to each wheel 170 accordingly; Characterized in that it comprises a.
  • the vehicle rolling control method for solving the above problems is (a) the steering operation mechanism 200 and the drive operation mechanism 400 by receiving a steering signal and a drive signal respectively; Transmitting to the control unit 500; (b) the controller 500 analyzing the received steering signal and the driving signal; (c) the control unit 500 calculates data necessary for changing the traveling direction of the vehicle and data necessary for driving the vehicle, and generates a steering control signal and a driving control signal based on the calculated data, respectively, and the steering unit Transmitting to the 100 and the driver 300; (d) controlling the traveling direction of the vehicle by the steering unit 100 rotating the steering link 160 to the left or the right of the vehicle traveling direction based on a horizontal direction with respect to the ground; (e) a sensor unit detecting the vehicle state information of the vehicle and transmitting the detected vehicle state information to the controller 500; (f) the control unit 500 calculates a compensation value for the vehicle state information received from the sensor unit to generate a steering control signal, and the steering unit 100 according to the steering
  • the vehicle state information may include at least one of a rotational inertia of the vehicle, a tilt of the vehicle, an acceleration, and a centrifugal force.
  • vehicle rolling control system or method according to an embodiment of the present invention may further include a variety of technical configurations within the scope apparent to those skilled in the art from the following description in addition to the above-described configuration.
  • the present invention provides a system and method for redirecting a vehicle by controlling the tilt of the frame and wheel. Therefore, the distance between the center of the body and the ground at the time of turning is reduced, driving stability is improved.
  • the present invention can improve the durability of the tire by varying the ground portion of the tire and the ground in accordance with the inclination of the vehicle when changing the direction.
  • the present invention can control the traveling direction of the vehicle through the control of the tilt and steering link of the vehicle it is possible to more effectively control the vehicle steering than in the prior art.
  • the present invention can change the direction of the vehicle by controlling the driving speed of each wheel, and thus it is possible to control the steering more effectively than the vehicle direction change using only the steering unit.
  • the present invention may further include a sensor unit for detecting the vehicle state information when changing the direction of the vehicle, by controlling the inclination of the vehicle by calculating the compensation value that can stabilize the vehicle based on the vehicle state information. It can improve the stability.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a vehicle rolling control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a frame, a steering part, and a driving part of a vehicle.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a flow of a control unit receiving a steering signal and a driving signal and transmitting the steering signal and the driving unit to the steering unit and the driving unit, respectively.
  • Figure 4 is an exemplary view showing a structure that can rotate the seal connecting shaft through the steering operation mechanism and the control unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an exemplary view showing the inclination of the axle, wheel and tire when changing the vehicle direction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an exemplary view illustrating that the vehicle is inclined or rotated in a left / right direction in a vehicle traveling direction based on a vertical direction or a horizontal direction with respect to the ground according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exemplary diagram illustrating portions in which tires contact the ground when driving a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a vehicle rolling control method according to an embodiment of the present invention in a time series order.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a vehicle rolling control method according to another embodiment of the present invention in a time-series order.
  • seal connecting plate 115 metal member 117: seal connecting shaft
  • joint portion 180 steering link control motor
  • each component expressed below is only an example for implementing the present invention, other components may be used in other embodiments of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention.
  • each component may be implemented by purely hardware or software configurations, but may also be implemented by a combination of various hardware and software components that perform the same function.
  • a component is 'connected' or 'connected' to another component may mean that the component may be directly connected or connected to another component, and another component may be added in between. It should be understood that it may be included.
  • a vehicle rolling control system includes a steering unit 100 controlling a driving direction of a vehicle, a driving unit 300 controlling a driving of a vehicle, and a steering signal or a driving signal from a driver. It may include a control unit 500 for controlling the steering unit 100 and the driving unit 300 receives the received, and further, the vehicle may include a frame 50 constituting the form of a vehicle including each functional unit. have.
  • the steering unit 100 performs a function of controlling the traveling direction of the vehicle. Specifically, the seal connection is transmitted by transmitting steering force to the seal connecting plate 110 according to a steering control signal received from the control unit 500. By rotating the shaft 117, the frame 50 including the wheel 170 is inclined to the left or right of the vehicle traveling direction relative to the ground perpendicular to the ground in accordance with the rotation of the seal connecting shaft 117 It performs a function to control the progress direction of the.
  • the meaning that the wheel is inclined to the left or right of the vehicle traveling direction relative to the vertical direction to the ground can be easily understood by referring to FIG. That is, assuming that there is a virtual plane perpendicular to the ground while passing through the center of the vehicle, it means that the vertical plane is inclined to the left or right of the vehicle traveling direction, in which the wheel 170 of the vehicle is the virtual plane. It can be seen that parallel to the vertical plane of the, the direction of travel of the vehicle can also be controlled according to the inclination of the wheel.
  • both side seals 130 connected by the seal connecting shaft 117 are connected to the ground. It is made by increasing the angle formed, the rotation of the seal connecting shaft 117 such that the wheel 170 connected to the front axle 140 and the rear axle 150 of the vehicle also the angle of the side seal 130 to the ground By inclining at an angle such that the inclination of the entire vehicle is inclined to one side. That is, the steering unit 100 rotates the seal connecting shaft 117 in the right direction of the vehicle body so that the frame 50 including the wheel 170 is inclined to the right of the vehicle traveling direction with respect to the ground and the vertical direction. By turning the direction of movement of the vehicle to the right, and conversely by rotating the seal connecting shaft 117 in the left direction of the vehicle body, the wheel 170 and the frame 50 is inclined to the left to change the direction of movement of the vehicle to the left. do.
  • the front axle 140 and the rear axle 150 may be directly connected to the wheel 170, or the link between the axle and the wheel 170 by further adding a link capable of rotating in the vertical direction with respect to the ground
  • the link is further added between each axle and the wheel 170
  • the wheel 170 may incline the vehicle by an angle different from that of the inclination angle according to the rotation of the seal connecting shaft 117. Accordingly, a greater degree of freedom can be added to the movement of the wheel 170 so that the driver can turn the vehicle more flexibly and stably when changing the direction using the tilt of the vehicle.
  • the steering unit 100 preferably performs a steering control function as described above, preferably, the seal connecting shaft 117 based on a receiving means for receiving a steering control signal from the control unit 500 and the received steering control signal. It may be configured to include a plurality of power transmission means for transmitting a force for rotating the.
  • the steering unit 100 may further control the steering link 160 that connects the wheel 170 and the axle of the vehicle and can be rotated to the left or right of the vehicle traveling direction relative to the ground and the horizontal direction.
  • the frame 50 including the wheel 170 is left or right of the vehicle traveling direction based on a vertical direction with respect to the ground according to the rotation of the seal connecting shaft 117.
  • the steering link 160 may be rotated to the left or the right of the vehicle traveling direction based on the horizontal direction with respect to the ground, and the steering of the vehicle may also be controlled.
  • the size of the angle that the steering link 160 can rotate is preferably 0 degrees or more and 90 degrees or less, respectively, based on the vehicle traveling direction.
  • the meaning of the steering link 160 to rotate to the left or right of the vehicle traveling direction relative to the horizontal direction with respect to the ground will be described in detail with reference to FIG.
  • the meaning of rotating based on a horizontal direction with respect to the ground means that a hypothetical plane that is parallel to the ground while passing through the center of the vehicle is present. It means to rotate left or right. That is, it is basically the same principle as the conventional general vehicle steering method for steering the vehicle to the left or the right.
  • the present invention provides a system in which the change of the direction of the vehicle can be achieved by tilting in the vertical direction with respect to the ground or rotation in the horizontal direction with the ground, or by controlling both tilting and rotation by It can be seen that the object is to provide a system capable of changing the vehicle direction.
  • the driving unit 300 performs a function of moving the vehicle by applying power supplied from the inside or the outside of the vehicle. Specifically, the driving unit 300 receives the driving control signal from the control unit 500 and receives the power to drive the vehicle. And driving the vehicle according to the received driving control signal.
  • the driving unit 300 preferably performs a driving control function as described above, preferably based on a receiving unit for receiving a driving control signal from the control unit 500 and the front axle 140 and the rear based on the received driving control signal. It may be configured to include a plurality of power transmission means for transmitting a force for driving the wheels 170 connected to the axle 150, respectively.
  • the vehicle may further include a drive motor 310 that can transmit a driving force to each wheel 170 individually and an electronic transmission for controlling the drive motor 310, the control unit 500 Generates a driving control signal for controlling the speed of the driving motor 310 connected to each wheel 170 and transmits the driving control signal to the driving unit 300, and the driving unit 300 receives each driving motor according to the received driving control signal.
  • the vehicle may be driven by adjusting the speed of 310.
  • the drive motor may be connected to a suspension device for supporting the weight of the vehicle and at the same time to reduce the vertical vibration of the vehicle body.
  • the driving unit 300 reduces the speed of the driving motor 310 of the left wheel 170 of the vehicle in a state in which the driving motor 310 capable of independent driving is provided on each wheel 170 of the vehicle.
  • the speed of the driving motor 310 of the right wheel 170 of the vehicle may be increased or maintained to shift the direction of travel of the vehicle to the left, and the direction of travel of the vehicle may be shifted to the right in a similar manner.
  • the change of the traveling direction of the vehicle may include: i) tilting to the left or right of the vehicle traveling direction with respect to the ground and vertical direction; ii) rotating to the left or right of the vehicle traveling direction with respect to the ground and horizontal direction.
  • the driving speed of the vehicle left wheel 170 and the right wheel 170 may be adjusted by a method including at least one of the following. .
  • FIG. 2 illustrates a plan view from above of a vehicle equipped with a vehicle rolling control system according to an embodiment of the present invention.
  • the most important frame 50 elements for controlling the direction of movement according to the inclination of the vehicle include a seal connecting plate 110 for fixing the left and right side seals 130 of the vehicle to move simultaneously and a seal connection for tilting the side seals.
  • the axis 117 can be mentioned.
  • a seal is a piece that supports the lower part of a specific device.
  • a side seal 130 is a member provided at both lower ends of the vehicle to support the entire load of the vehicle.
  • the center sill 120 refers to a member existing between the side seals 130 and supporting a central portion of the vehicle.
  • the main problem to be solved by the present invention is to change the traveling direction of the vehicle by tilting the vehicle body, the side seal 130 and the center seal 120 are preferably separated from each other and the vehicle body is inclined.
  • Each seal should be manufactured so that it can be tilted individually when it is finished.
  • the seal connecting plate 110 refers to a plate for connecting the side seal 130, so that the side seal 130 on both sides can be tilted at the same time when the vehicle is inclined to one side by the steering unit 100. It is a connecting plate. Connecting a plurality of side-by-side arranged members in one connecting plate, to implement a movement such as tilting in the same direction is an implementation that can be easily seen by a person skilled in the art, detailed description of the method will be omitted Shall be. In addition, by attaching a separate metal member to the seal connecting plate 110 may further increase the strength of the connection portion of the side seal 130.
  • the seal connecting plate 110 and the side seal 130 is fastened by the seal connecting shaft 117, respectively, when the seal connecting shaft 117 is rotated by receiving a force from the tilt control motor 185
  • the left and right side seals 130 may tilt the vehicle body by rotating about the seal connecting shaft 117. That is, the seal connecting shaft 117 is rotated in accordance with the steering control signal of the steering unit, thereby controlling the traveling direction of the vehicle by tilting the side seal 130.
  • the power required to rotate the seal connecting shaft 117 is generated in the tilt control motor 185, the transmission of the power can be made through the seal connecting plate 110 and the like.
  • the first method uses a power transmission shaft and a gear provided in the seal connecting plate 110.
  • the tilt control motor 185 When the tilt control motor 185 generates power according to a steering control signal, the power is connected to the side seal 130.
  • a seal connecting shaft 117 connecting the seal connecting plate 110 may be transmitted through the power transmission shaft and the gear.
  • the second method has another axle (second axle) parallel to the front axle 140 or the rear axle 150 and connects the axle and the wheel 170 to a tiltable joint portion, and the tilt control The power generated by the motor 185 is transmitted to the axle.
  • the second method differs from the first method in that the power generated from the tilt control motor 185 is transmitted to the joints connecting the wheels and the second axle, and the role of the joints is different from the first method.
  • the vehicle is provided with a front axle 140 and the rear axle 150, and both ends of each axle is provided with a wheel 170 to support the weight of the vehicle at the same time to perform the steering of the vehicle by rotating around the axis have.
  • the axle and the wheel 170 may be connected with the steering link 160 interposed therebetween, and the steering link 160 may rotate in the vertical direction or the horizontal direction with respect to the ground.
  • the joint may be provided so that the vehicle may be inclined left or right with respect to the vertical direction with respect to the ground, or may be rotated horizontally with respect to the horizontal direction with respect to the ground.
  • a separate steering link control motor 180 is connected to the axle to transmit power for rotating the steering link 160 when the vehicle changes the direction relative to the ground and the horizontal direction. Further, the steering link control motor 180 is connected to the front axle 140 or the rear axle 150, respectively, and the steering link A 160 and the rear axle 150 connecting the front axle 140 and the wheel 170.
  • the steering link B 160 connecting the wheel 170 and the wheel 170 may be separately controlled. As such, when the steering links A and B 160 of the front axle 140 and the rear axle 150 are individually controlled, compared to turning the vehicle by rotating only the steering link A 160 of the conventional front axle 140. The radius of rotation can be greatly reduced.
  • the steering unit 100 when changing lanes on a road, the steering unit 100 includes a steering link connected to the front axle by 20 degrees to the left in terms of the vehicle traveling direction, and a steering link connected to the rear axle by 20 degrees to the left.
  • the vehicle can change lanes while drawing a trajectory close to a straight line rather than a curve.
  • the steering unit 100 rotates the steering link connected to the front axle by 45 degrees to the left and the steering link connected to the rear axle by 45 degrees to the right.
  • the U-turn can be made possible by the vehicle along a smaller rotation trajectory than in the related art.
  • the wheel 170 may be provided with a drive motor 310 and an electronic transmission individually, each drive motor 310 and the electronic transmission is generated in the control unit 500 The driving speed of each wheel 170 can be individually adjusted according to the driven control signal.
  • the steering signal or the driving signal is transmitted from the steering manipulation mechanism 200 or the driving manipulation mechanism 400 to the controller 500, and the controller 500 generates the steering control signal or the driving control signal, respectively. It can be seen that the steering unit 100 or the driver 300 is transmitted.
  • the steering operation mechanism 200 refers to a mechanism that receives a driving direction of the vehicle according to the driver's intention when the driver attempts to change the driving direction of the vehicle, and typically includes a steering wheel provided in the driver's seat. At this time, the steering operation mechanism 200 is not limited in the manner of receiving the vehicle driving direction input from the driver, any means that can communicate the driver's intention to change the vehicle driving direction is included in the steering operation mechanism 200. something to do. Meanwhile, the steering manipulation mechanism 200 converts the vehicle traveling direction input received from the driver into a series of electrical signals and transmits them to the control unit 500. In particular, the electrical signals are PWM (Pulse Width Modulation) signals. can do.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the driving manipulation mechanism 400 refers to a mechanism for receiving a driving time, driving speed, etc. of a vehicle according to the driver's intention when the driver wants to give a command regarding driving of the vehicle.
  • the driving manipulation mechanism 400 is an accelerator provided in the driver's seat. Can be mentioned.
  • the driving operation mechanism 400 is not limited in the manner of receiving a command for driving the vehicle from the driver, and any means for transmitting the vehicle driving command of the driver is included in the driving operation mechanism 400. something to do.
  • the driving operation mechanism 400 may convert the vehicle driving command received from the driver into a series of electrical signals and transmit them to the control unit 500.
  • the electrical signals are PWM (Pulse Width Modulation) signals. can do.
  • the controller 500 generates a steering control signal or a driving control signal by performing a predetermined operation on the received steering signal or driving signal.
  • the controller 500 may extract data such as a moving direction of the vehicle to be converted from the received steering signal, a rotation amount for changing the traveling direction of the vehicle, and the like, based on the extracted data.
  • the steering control signal may include a steering body tilt angle, a left and right rotation angle of the steering link 160, and the like, which are required to change the traveling direction and the traveling direction.
  • control unit 500 may extract data such as a driving direction of the vehicle, a speed and an acceleration of the vehicle, etc. from the received driving signal, and whether the vehicle is currently in a rotation section based on the extracted data, driving of the vehicle.
  • a driving control signal including an output amount required for speed and acceleration, and a driving speed of an individual wheel 170 necessary for changing a vehicle traveling direction may be generated.
  • the steering unit 100 receives a steering control signal from the control unit 500 and attempts to change the direction of travel of the vehicle, which rotates the seal connecting shaft 117 in the vehicle traveling direction relative to the ground and the vertical direction. It may be achieved by tilting the vehicle body including the wheel 170 to the left or the right, rotating the steering link 160 to the left or the right in the vehicle traveling direction with respect to the ground and the horizontal direction.
  • the driving unit 300 receives the driving control signal from the control unit 500 to drive the vehicle, which is achieved by applying power to one or a plurality of driving motors 310.
  • the driving unit 300 may adjust the driving speed of each driving motor 310 at the same time as the vehicle driving direction of the steering unit 100 is changed according to a driving control signal. Accordingly, a more effective vehicle direction change can be realized. For example, when the vehicle is to be turned to the left side, the turning to the left side by the steering unit 100 is separately, and the driving unit 300 is the driving speed of the wheel 170 located on the left side of the vehicle. By reducing and increasing or maintaining the driving speed of the wheel 170 located on the right side can be controlled so that the vehicle can turn to the left side.
  • Figure 4 is an exemplary view schematically showing a connection relationship to the steering operation mechanism 200, the control unit 500, the steering unit 100 and the seal connecting plate 110.
  • the steering operation mechanism 200 is directly connected to the control unit 500 can transmit the input for the direction of the driver's vehicle, the input signal transmitted at this time is an electrical signal as mentioned above It is converted and delivered as a steering signal.
  • the controller 500 generates a steering control signal based on the received steering signal and transmits the steering control signal to the steering unit 100. Subsequently, the steering unit 100 transmits power for rotating the seal connecting shaft through the seal connecting plate 110 based on the received steering control signal, and advances the vehicle by rotating the seal connecting shaft 117. It will control the turn.
  • the embodiment illustrated in FIG. 4 assumes a case in which the traveling direction of the vehicle is switched by tilting to the left or right side of the vehicle traveling direction based on the direction perpendicular to the ground, and according to the traveling direction switching method of the vehicle.
  • the portion that can be controlled by the steering unit 100 is changed to the seal connecting shaft 117 or the steering link 160, as described above.
  • FIG 5 is an exemplary view illustrating a state in which the frame 50 including the wheel 170 is inclined with respect to the vertical direction of the ground when the vehicle is driven according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is an exemplary view showing a state that the tire is in contact with the ground when driving the vehicle according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention since the tires are in contact with the ground for each driving situation, the present invention has the advantage that the wear between the tire and the ground is minimized, thereby reducing the wear rate of the tire and improving resource efficiency.
  • the tire may be characterized in that the tread is a semi-circular form having a curvature of a predetermined value or more, in this case, the area in which the tread is in contact with the ground can be further reduced, thereby effectively reducing the wear rate of the aforementioned tire.
  • the steering operation mechanism 200 and the driving operation mechanism 400 receive steering signals and driving signals, respectively, and transmit the steering signals and the driving signals to the controller 500.
  • the steering signal or the driving signal transmitted to the control unit 500 may be converted into electrical signals in the steering manipulation mechanism 200 and the driving manipulation mechanism 400, respectively.
  • it may be characterized as a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
  • the control unit 500 may include analyzing the received steering signal and the driving signal (S120). The analysis may be performed by changing a driving direction of the vehicle or driving command from the steering signal and the driving signal. It refers to extracting the information necessary to lower, in particular, when the signal is a PWM signal, the control unit 500 may extract the information by analyzing the rising edge, falling edge, delay, and the like of the transmitted signal.
  • the control unit 500 such as the speed of the driving motor 310 and the data necessary to change the traveling direction of the vehicle, such as the amount of rotation for changing the traveling direction of the vehicle, the traveling direction of the vehicle, etc.
  • Data necessary for driving the vehicle may be calculated, and a steering control signal and a driving control signal may be generated based on the calculated data and transmitted to the steering unit 100 and the driving unit 300, respectively.
  • the steering control signal may include a vehicle body tilt angle, a rotation angle of the steering link 160, etc. required to switch the vehicle driving direction, the driving direction, and the driving control signal includes the vehicle. It may include information such as whether it is in the current rotation section, the output amount required for driving speed and acceleration of the vehicle, and also the driving speed of the individual wheel 170 required for changing the vehicle traveling direction.
  • the steering unit 100 controls the seal connecting plate 110 or the steering link 160 according to the received steering control signal, and includes a wheel 170 of the vehicle.
  • the vehicle 50 is inclined to the left or right of the vehicle traveling direction with respect to the vertical direction with respect to the ground, or the steering link 160 is rotated to the left or right of the vehicle traveling direction with respect to the horizontal direction with respect to the ground.
  • the controller 300 controls the driving direction of the vehicle by adjusting the speed of the driving motor 310 connected to each wheel 170 according to the received driving control signal.
  • the steering operation mechanism 200 and the driving operation mechanism 400 respectively receive steering signals and driving signals and transmit them to the control unit 500.
  • the control unit 500 analyzes the received signals, and calculates data for changing the traveling direction of the vehicle and data necessary for driving the vehicle from the received signals, and steer based on the calculated data.
  • the control signal and the driving control signal are generated and transmitted to the steering unit 100 and the driving unit 300, respectively (S220).
  • the steering unit 100 receives the steering control signal and rotates the steering link 160 to the left or the right of the vehicle traveling direction based on the horizontal direction with respect to the ground.
  • the present embodiment is a vehicle rolling control method for reducing instability due to rotational inertia or centrifugal force generated when the vehicle turns in the horizontal direction.
  • the sensor unit may include detecting the vehicle state information of the vehicle and transmitting it to the control unit 500.
  • the vehicle state information includes the current vehicle.
  • the rotational inertia of the vehicle, the angle of inclination of the vehicle by turning, the acceleration of the vehicle or the magnitude of the centrifugal force may be included.
  • centrifugal force is an inertial force that appears in a vehicle that is rotating. It has the same size as the centripetal force, and has the opposite direction and acts in a direction away from the center of the rotation radius.
  • dyn dyne
  • the control unit 500 receiving the vehicle state information generates a steering control signal by calculating a compensation value for the vehicle state information, and accordingly, the steering unit 100 controls the seal connecting plate 110 so that the vehicle is controlled.
  • the method may further include adjusting the inclination of the vehicle (S250 to S270).
  • the compensation value may be an instability of the vehicle generated during the process of changing the driving direction of the vehicle, for example, a change in the tilt of the vehicle due to the centrifugal force.
  • the compensation value may be an instability of the vehicle generated during the process of changing the driving direction of the vehicle, for example, a change in the tilt of the vehicle due to the centrifugal force.

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Abstract

본 발명은 차량의 롤링제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 주행시 차량의 기울기가 제어될 수 있는 프레임을 구비한 차량의 운전자로부터 조향신호 및 구동신호를 수신하여 분석하고, 상기 분석에 따른 결과값을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부로부터 수신한 조향제어신호 및 구동제어신호에 따라 각각 차량의 진행방향 제어 및 구동을 제어하는 조향부 및 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 롤링제어 시스템 및 그 방법
본 발명은 차체의 기울기를 조절하여 차량의 조향을 제어하는 차량 롤링제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 차량의 좌우측 사이드씰을 연결하는 씰연결판을 구비하여 차량의 방향 전환시 휠 및 프레임을 전환하고자 하는 방향으로 기울게 함으로써 조향을 제어하며, 나아가 차량의 각 휠마다 별도의 구동모터를 구비하여 각 구동모터의 속도를 조절함으로써 차량의 조향을 제어하는 차량 롤링제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 미래형 친환경 자동차 및 이동수단에 대한 개발의 필요성과 함께 운전자 편의성, 안전성에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 따라 완성차 및 자동차 부품업체의 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.
특히 자동차 샤시 시스템 (구동, 조향, 현가, 제동시스템) 분야는 각 전자부품의 성능향상 및 샤시 제어 기술 발전에 따라 다양한 연구개발이 이루어지고 있으며, 주행성능을 높이기 위해 각 장치 및 제어 시스템은 단순 결합이 아닌 상호 보완적 융합에 의해 구성되는 방향으로 나아가고 있다.
한편, 롤링 시스템이란 미래형 친환경자동차 또는 이동수단에 적용할 수 있는 시스템으로서, 차량의 각 휠에 구비된 구동모터, 방향 전환에 따라 기울어지는 휠 및 프레임, 그리고 이와 연동되는 조향부 및 구동부의 융합으로 이루어질 수 있다.
종래 차량의 방향전환은 차량의 앞차축과 휠을 연결하고 있는 조향링크를 지면과 수평이 되는 방향으로 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 이루어졌다. 그러나 이러한 종래 조향방식은 차량이 회전을 함에 따라 발생하는 구심력에 의해 운전자, 탑승자의 승차감에 부정적 영향을 줄 뿐만 아니라 타이어의 같은 면이 지속적으로 지면과 접촉되고 그 마찰로 인해 타이어의 마모가 심해져 내구성이 약화된다는 문제점이 있다. 또한 종래 기술에 의하면 차량의 방향전환시 차축과 연결된 조향링크를 회전시키는 것 이외에 다른 제어 요소가 없어 차량의 코너 주행시 다양한 변수에 대응하여 적절한 방향전환을 할 수 없는 문제점도 있다.
한국등록특허 제0241375호(이하 선행기술)는 차량의 좌우 쏠림을 보정하는 장치에 대한 것으로서, 앞서 언급한 문제점에 대해 일정 부분 해결책을 모색하고 있다. 상기 선행기술은 차량 방향 전환시 차속, 조향각, 도로의 측방향 기울기 및 각 바퀴에 걸리는 하중을 검출하여 그에 따른 차량의 측방향 기울기를 미리 제어함으로써 승객이 겪을 수 있는 측방의 힘을 미리 최소화 하는 차량의 좌우 쏠림 보정장치를 개시하고 있다.
그러나 위 선행기술은 단순히 액츄에이터로 보정신호를 출력하여 차량의 기울기를 유지할 수 있다는 내용만을 기재하고 있을 뿐, 구체적으로 차량의 기울기를 제어하는 구현방법이 개시되어 있지 않으며, 나아가 선행기술은 타이어 마모로 인한 내구성 약화 또는 차량 방향 전환시 제어 가능한 타 요소에 대해서는 아무런 해결책도 제시하지 못하고 있다.
따라서 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 차량 롤링시스템의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 기술적 배경을 바탕으로 제안된 것이며, 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.
한편, 본 발명은 자동차 샤시 시스템 분야의 기술적 요구를 충족시키는 과정에서 창안되었으나, 그 적용 범위가 반드시 자동차 샤시 시스템 분야에 한정되는 것은 아니다. 즉 본 발명은 아래 살펴볼 기술 사상을 그대로 포함하는 범위 내에서 다양한 운송수단 분야에 적용 및 응용될 수 있다.
본 발명은 차량의 좌우측 사이드씰을 연결하는 씰연결판 및 씰연결축이 포함된 프레임을 구비하고, 상기 씰연결축의 회전에 따라 차량의 앞차축 및 뒤차축 각각에 연결된 휠 및 상기 프레임이 지면과의 수직 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 조향을 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 지면과 수평 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 회전이 가능한 조향링크를 더 구비하여, 차량의 진행 방향을 전환시킴에 있어 지면과의 수평 방향을 기준으로 한 차량선회 및 지면과의 수직 방향을 기준으로 한 차체 기울임을 동시에 제어할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 차량의 각 휠에 구동모터 및 전자변속기를 더 구비하여, 구동모터의 속도를 제어함으로써 차량의 조향을 제어하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 센서부를 통해 차량상태정보를 감지하고, 감지된 차량상태정보에 대한 보상값을 연산하여 그에 따른 조향제어 및 구동제어를 함으로써 차량의 안정적인 주행을 유지시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 더 포함될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로 차량 롤링제어 시스템 및 그 방법을 제공한다. 다만, 이러한 발명들의 카테고리들은 단어 그 자체에 의해 한정되지 않으며, 이하에서 살펴볼 기술 사상을 포함하는 범위 내에서 다양하게 확장 해석될 수 있다.
먼저, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 시스템은, 차량의 좌우측 사이드씰(130)과 연결되어 있고, 조향부로부터 전달받은 조향력에 의해 상기 차량의 기울기를 조절하는 씰연결판(110)과 전방 휠(170) 및 후방 휠(170)을 각각 연결하고, 상기 각 휠(170)에 조향동력을 전달하는 앞차축(140) 및 뒤차축(150)을 포함하며, 상기 씰연결축(117)의 회전에 의해 차량의 기울기가 제어될 수 있는 프레임(50)을 구비한 차량의 롤링제어 시스템에 있어서, 조향조작기구(200)로부터 수신한 조향신호 및 구동조작기구(400)로부터 수신한 구동신호를 분석하고, 상기 분석에 따른 결과값을 바탕으로 상기 조향부(100) 및 구동부(300)를 제어하는 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 전달하는 제어부(500); 상기 제어부(500)로부터 수신한 조향제어신호에 따라 기울기 제어모터(185)를 구동시켜 상기 씰연결판(110)에 조향력을 전달함으로써 상기 씰연결축(117)을 회전시키고, 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 프레임(50) 및 휠(170)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 조향부(100); 및 상기 제어부(500)로부터 수신한 구동제어신호에 따라 차량을 구동시키는 구동부(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템에 있어 상기 차량은, 차량의 각 휠(170)과 차축을 연결하고 지면과 수평 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 회전이 가능한 조향링크(160)들을 더 포함하고, 상기 조향부(100)는, 상기 차량의 진행 방향을 제어함에 있어, 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 프레임 및 휠(170)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행 방향을 제어함과 동시에 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템에 있어 상기 구동부(300)는, 차량의 각 휠(170)에 연결된 구동모터(310) 및 상기 구동모터(310)를 제어하기 위한 전자변속기를 더 포함하고, 상기 제어부(500)는 각 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 제어하기 위한 구동제어신호를 생성하여 구동부(300)에 전달하며, 상기 구동부(300)는 수신한 상기 구동제어신호에 따라 각 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 조절함으로써 차량을 구동시키는 것을 특징으로 한다.
나아가 상기 구동부(300)는, 차량 좌측 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 감소시키고 차량 우측 휠(170)의 구동모터(310) 속도는 증가시키거나 기존 속도를 유지시킴으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환시키고, 차량 우측 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 감소시키고 차량 좌측 휠(170)의 구동모터(310) 속도는 증가시키거나 기존 속도를 유지시킴으로써 차량의 진행방향을 우측으로 전환시키는 것을 특징으로 할 수도 있다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템에 있어 상기 조향부(100)는, 상기 씰연결축(117)을 차체의 우측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 우측으로 기울도록 제어함으로써 차량의 진행방향을 우측으로 전환시키고, 상기 씰연결축(117)을 차체의 좌측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 좌측으로 기울도록 제어함으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템은, 상기 차량의 기울기, 회전관성, 원심력의 크기 또는 가속도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 차량상태정보를 감지하고 하나 이상의 감지값을 상기 제어부(500)로 전송하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
나아가 상기 센서부를 더 포함하는 차량 롤링제어 시스템에 있어 상기 제어부(500)는, 상기 센서부로부터 원심력 크기가 포함된 감지값을 수신한 경우, 상기 원심력 크기와 기 설정된 기준값과의 차이를 획득하고, 상기 차이가 0이 되도록 보상값을 연산하여 조향제어신호를 생성하며, 상기 조향부(100)는 상기 조향제어신호에 따라 씰연결축(117)을 회전시켜 상기 차량의 기울기를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템은, 상기 휠(170)에 장착되는 타이어를 더 포함하고, 상기 타이어의 트래드는 곡률을 가지는 반원 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템에서의 상기 조향신호 및 구동신호는 PWM(Pulse Width Modulation)신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차량 롤링제어 시스템에서의 있어서, 상기 조향부(100)는 앞차축 및 뒤차축과 연결된 조향링크(160)들을 독립적으로 제어할 수 있다.
한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법은 (a) 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호를 수신하여 제어부(500)로 전달하는 단계; (b) 제어부(500)가 상기 수신한 조향신호 및 구동신호를 분석하는 단계; (c) 제어부(500)가 차량의 진행방향을 전환시키기 위해 필요한 데이터 및 차량을 구동시키기 위해 필요한 데이터를 연산하고, 상기 연산된 데이터들을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)로 전달하는 단계; (d) 조향부(100)는 상기 수신한 조향제어신호에 따라 씰연결축(117) 또는 조향링크(160)를 제어하여, 차량의 휠(170)을 포함하는 프레임이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 하거나 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하고, 구동부(300)는 상기 수신한 구동제어신호에 따라 각 휠(170)과 연결된 구동모터(310) 속도를 조절함으로써 차량의 진행방향을 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법은 (a) 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호 수신하여 제어부(500)로 전달하는 단계; (b) 제어부(500)가 상기 수신한 조향신호 및 구동신호를 분석하는 단계; (c) 제어부(500)가 차량의 진행방향을 전환시키기 위해 필요한 데이터 및 차량을 구동시키기 위해 필요한 데이터를 연산하고, 상기 연산된 데이터들을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)로 전달하는 단계; (d) 조향부(100)가 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 단계; (e) 센서부가 상기 차량의 차량상태정보를 감지하여 제어부(500)로 전송하는 단계; (f) 제어부(500)가 상기 센서부로부터 수신한 차량상태정보에 대한 보상값을 연산하여 조향제어신호를 생성하고, 상기 조향부(100)는 상기 조향제어신호에 따라 씰연결축(117)을 회전시켜 상기 차량의 기울기를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 차량 롤링제어 방법에 있어서, 상기 차량상태정보는 차량의 회전관성, 차량의 기울기, 가속도, 원심력의 크기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 이상에서 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 시스템 또는 방법은 상술한 구성들 이외에도 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 구성들을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 프레임 및 휠의 기울기를 제어함으로써 차량의 방향을 전환하는 시스템 및 방법을 제공한다. 따라서 방향 전환시 차체의 중심과 지면 사이의 거리가 감소되어 주행 안정성이 향상된다.
또한 본 발명은 방향 전환시 차량의 기울기에 따라 타이어와 지면의 접지부분이 달라지게 함으로써 타이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 차량의 기울기 및 조향링크 제어를 통해 차량의 진행방향을 제어할 수 있어 종래에 비해 보다 효과적인 차량 조향제어가 가능하다.
또한 본 발명은 각 휠의 구동속도를 제어함으로써 차량의 방향을 전환시킬 수 있으며 따라서 조향부만을 이용한 차량 방향 전환에 비해 효과적인 조향제어가 가능하다.
또한 본 발명은 차량 방향 전환시 차량상태정보를 감지할 수 있는 센서부를 더 포함할 수 있으며, 상기 차량상태정보를 기반으로 차량을 안정화 시킬 수 있는 보상값 연산을 통해 차량의 기울기를 제어함으로써 주행의 안정성을 제고시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 롤링제어 시스템의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.
도 2는 차량의 프레임, 조향부 및 구동부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 제어부가 조향신호 및 구동신호를 수신하여 각각 조향부 및 구동부로 전송하는 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 조향조작기구 및 제어부를 통해 씰연결축을 회전시킬 수 있는 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 방향 전환시 차축, 휠 및 타이어가 기울어지는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량이 지면과 수직방향 또는 수평방향을 기준으로 차량진행방향의 좌/우측 방향으로 기울어지거나 회전하는 것을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 주행시 타이어가 지면과 접하는 부분을 각각 구분하여 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법을 시계열적 순서에 따라 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법을 시계열적 순서에 따라 나타낸 순서도이다.
[부호의 설명]
50: 프레임 100: 조향부
110: 씰연결판115: 금속부재 117: 씰연결축
120: 센터씰 130: 사이드씰 140: 앞차축
150: 뒤차축 160: 조향링크 170: 휠
175: 관절부 180: 조향링크 제어모터
185: 기울기 제어모터
200: 조향조작기구 300: 구동부 310: 구동모터
400: 구동조작기구 500: 제어부
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량 롤링제어 시스템 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 또한 이하 설명하는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의해 본 발명의 실시범위가 한정되지는 아니한다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화 된 도면으로서 실제로 구현되는 형태와 상이할 수도 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 것의 의미는 '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순 지칭하는 것이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
나아가, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다는 것의 의미는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있고, 해당 구성요소들 중간에 다른 구성요소가 더 포함되어 있을 수도 있다고 이해되어야 한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 시스템을 살펴본다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 시스템은 차량의 진행 방향을 제어하는 조향부(100), 차량의 구동을 제어하는 구동부(300), 운전자로부터 조향신호 또는 구동신호를 전달받아 상기 조향부(100) 및 구동부(300)를 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있으며, 나아가 상기 차량은 각 기능부를 포함하는 차량의 형태를 구성하는 프레임(50)을 포함할 수 있다.
상기 조향부(100)는 차량의 진행 방향을 제어하는 기능을 수행하며, 구체적으로는 상기 제어부(500)로부터 수신한 조향제어신호에 따라 상기 씰연결판(110)에 조향력을 전달함으로써 상기 씰연결축(117)을 회전시키고, 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 휠(170)을 포함하는 프레임(50)이 지면과 수직방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 기능을 수행한다.
이 때 휠이 지면과 수직방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 한다는 것의 의미는 도 6을 참조함으로써 쉽게 이해할 수 있다. 즉, 차량의 중심을 지나면서 지면과 수직인 가상의 면이 존재한다고 가정할 때, 해당 수직면이 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울어지는 것을 의미하며, 이 때 차량의 휠(170)은 상기 가상의 수직면과 평행을 이루는 것으로 볼 수 있어, 휠의 기울기에 따라 차량의 진행 방향도 제어될 수 있음을 이해할 수 있다.
씰연결축(117)의 회전에 따라 휠(170)을 포함하는 프레임(50)이 차량 진행방향의 일측으로 기울게 하는 것은, 씰연결축(117)에 의해 연결된 양측 사이드씰(130) 이 지면과 이루는 각도를 증가시킴으로써 이루어지며, 이와 같은 씰연결축(117)의 회전은 차량의 앞차축(140) 및 뒤차축(150)에 연결된 휠(170) 역시 상기 사이드씰(130) 이 지면과 이루는 각도와 같은 각도로 기울어지게 함으로써 차량 전체의 기울기가 일측으로 기울어지게 된다. 즉, 상기 조향부(100)는 상기 씰연결축(117)을 차체의 우측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 지면과 수직방향을 기준으로 차량 진행방향의 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행방향을 우측으로 전환시키고, 반대로 씰연결축(117)을 차체의 좌측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170) 및 프레임(50)이 좌측으로 기울게 함으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환시키게 된다.
한편, 상기 앞차축(140) 및 뒤차축(150)은 휠(170)과 직접 연결될 수 있으며 또는 각 차축과 휠(170) 사이에 지면에 대해 연직방향으로 회전운동이 가능한 링크를 더 부가하여 연결시킬 수도 있다. 각 차축과 휠(170) 사이에 링크를 더 부가하여 연결시키는 경우 상기 휠(170)은 씰연결축(117)의 회전에 따라 차량이 기울어진 각도와 다른 크기의 각도만큼 기울게 할 수 있으며, 이에 따라 상기 휠(170)의 움직임에 보다 큰 자유도를 부가할 수 있어 운전자는 차량의 기울기를 이용하여 방향전환을 할 때에 보다 유연하고 안정적으로 차량을 선회시킬 수 있다.
한편, 상기 조향부(100)는 위와 같은 조향제어 기능을 수행함에 있어 바람직하게는 제어부(500)로부터 조향제어신호를 수신하는 수신수단과 상기 수신한 조향제어신호를 기반으로 씰연결축(117)을 회전시키기 위한 힘을 전달하는 복수개의 동력전달수단을 포함하여 구성될 수 있다.
또 다른 한편, 상기 조향부(100)는 차량의 휠(170)과 차축을 연결하고 지면과 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전이 가능한 조향링크(160)를 더 제어할 수 있으며, 상기 차량의 진행 방향을 제어함에 있어 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 휠(170)을 포함하는 프레임(50)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 조향을 제어함과 동시에 조향링크(160)를 지면과의 수평방향을 기준으로 차량 진행 방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 또한 차량의 조향을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 조향링크(160)가 회전할 수 있는 각도의 크기는 차량 진행방향을 기준으로 좌우 각각 0도 이상 90도 이하인 것이 바람직하다.
이 때 조향링크(160)가 지면과의 수평방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전한다는 것의 의미는 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 지면과의 수평방향을 기준으로 회전한다는 것의 의미는, 차량의 중심을 지나면서 지면과 수평인 가상의 면이 존재한다고 가정할 때, 해당 수평면과 평행을 이루는 조향링크(160)가 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전하는 것을 의미한다. 즉, 차량을 좌측 또는 우측으로 조향시키기 위한 종래의 일반적인 차량 조향방식과 기본적으로 동일한 원리이다.
이상의 내용을 종합적으로 고려해 볼 때, 본 발명은 차량의 방향 전환이 지면과 수직 방향의 기울임 또는 지면과 수평 방향의 회전에 의해 이루어질 수 있는 시스템을 제공, 또는 상기 두 가지 기울임 및 회전을 모두 제어하여 차량 방향을 전환시킬 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 데에 그 목적이 있음을 알 수 있다.
상기 구동부(300)는 차량의 내부 또는 외부로부터 공급받은 동력을 가하여 차량을 움직이는 기능을 수행하며, 구체적으로는 상기 제어부(500)로부터 구동제어신호를 수신하고 차량을 구동시킬 수 있는 동력을 공급받아, 상기 수신한 구동제어신호에 따라 차량을 구동시키는 기능을 수행한다.
한편, 상기 구동부(300)는 위와 같은 구동제어 기능을 수행함에 있어 바람직하게는 제어부(500)로부터 구동제어신호를 수신하는 수신수단과 상기 수신한 구동제어신호를 기반으로 앞차축(140), 뒤차축(150)에 각각 연결된 휠(170)을 구동시키기 위한 힘을 전달하는 복수개의 동력전달수단을 포함하여 구성될 수 있다.
또 다른 한편, 상기 차량은 각 휠(170)에 개별적으로 구동력을 전달할 수 있는 구동모터(310) 및 상기 구동모터(310)를 제어하기 위한 전자변속기를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(500)는 각 휠(170)과 연결된 구동모터(310) 속도를 제어하기 위한 구동제어신호를 생성하여 구동부(300)에 전달하고, 상기 구동부(300)는 수신한 상기 구동제어신호에 의해 각 구동모터(310)의 속도를 조절함으로써 차량을 구동시킬 수도 있다. 한편, 상기 구동모터에는 차량의 중량을 지지함과 동시에 차체의 상하 진동을 완화시키는 현가장치가 연결될 수도 있다. 이는 기존에 하나의 구동모터(310)로부터 생성된 구동력을 차량의 각 휠(170)에 기어 또는 축을 이용하여 전달하는 것과 달리 각 휠(170)마다 별개의 구동모터(310)를 구비시킴으로써 차량의 각 휠(170)을 개별적으로 제어할 수 있게 한 것이다. 이와 같이 구동모터(310)를 각 휠(170)마다 구비시켜 각 휠(170)에 대한 독립구동제어가 가능해지는 경우, 기존의 구동방식에 비하여 차량의 안전성 및 구동력을 향상시킬 수 있으며, 구동시 각 휠(170)에 동력을 분산하거나 제동시 회생제동으로 인한 제동 에너지 회수를 극대화 함으로써 차량을 구동시키는 에너지 효율을 극대화 시킬 수 있는 등의 이점이 있다. 또한 각 휠(170)마다 구동모터(310)를 구비하여 독립구동제어를 구현하는 경우 기존 차량에 필수적으로 요구되었던 파워트레인 요소를 모두 제거함으로써 차량 구조를 보다 단순화 시킬 수 있고, 각 휠(170)을 개별적으로 제어함으로써 차량의 구동, 제동, 조향을 효과적으로 조절할 수 있다는 등의 이점도 있다.
또한, 위와 같이 차량의 각 휠(170)에 독립구동이 가능한 구동모터(310)가 구비된 상태에서 상기 구동부(300)는, 차량 좌측 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 감소시킴과 동시에 차량 우측 휠(170)의 구동모터(310) 속도는 증가 또는 유지시킴으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환시킬 수 있으며, 유사한 방법으로 차량 진행방향을 우측으로 전환시킬 수도 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 차량의 진행 방향 전환은 i) 지면과 수직방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울임 ii) 지면과 수평방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전 iii) 각 휠(170)에 개별 구동모터(310)가 구비된 상태에서 차량 좌측 휠(170)과 우측 휠(170)의 구동속도를 조절 하는 것 중 적어도 어느 하나를 포함하는 방식을 통하여 이루어질 수 있게 된다.

이하 도 2를 참조하여 본 발명의 피제어 대상인 차량의 구조에 대해 자세히 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 롤링제어 시스템이 구비된 차량을 위에서 본 평면도를 예시적으로 나타낸 것이다.
차량의 기울기에 따른 진행방향 제어를 위해 가장 중요한 프레임(50) 요소로는 차량의 좌·우 사이드씰(130)을 동시에 움직이도록 고정시키는 씰연결판(110) 및 사이드씰을 기울일 수 있는 씰연결축(117)을 들 수 있다.
우선 씰(sill)이란, 특정 장치의 하부를 받치는 조각재로서, 차량에 있어서 사이드씰(130)(side sill)은 차량의 양측면 하단부에 구비되어 차량의 전체 하중을 받치는 부재를 말하며, 센터씰(120)(center sill)은 상기 사이드씰(130) 사이에 존재하는 것으로서 차량의 가운데 부분 하중을 받치는 부재를 일컫는다. 본 발명이 해결하고자 하는 주요 과제가 차체를 기울임으로써 차량의 진행방향을 전환시키는 것임을 고려할 때, 상기 사이드씰(130)과 센터씰(120)은 바람직하게는 상호간에 분리되어 있는 형태로서 차체가 기울어질 때 각 씰이 개별적으로 기울어질 수 있도록 제작하여야 할 것이다.
한편, 씰연결판(110)은 사이드씰(130)을 연결하는 판을 말하며, 조향부(100)에 의해 차량이 일측으로 기울어질 때에 양측의 사이드씰(130)이 동시에 기울어질 수 있도록 하기 위한 연결판이다. 복수개의 나란히 배열된 부재들을 하나의 연결판으로 연결하여, 동일한 방향으로 기울이는 것과 같은 움직임을 구현하는 것은 통상의 기술자 입장에서 쉽게 알 수 있는 정도의 구현방식인바, 해당 방식에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 나아가, 상기 씰연결판(110)에는 별도의 금속부재를 덧대어 상기 사이드씰(130) 연결부의 강도를 더 높일 수도 있다.
한편, 상기 씰연결판(110)과 사이드씰(130)은 씰연결축(117)에 의해 각각 체결되며, 씰연결축(117)이 기울기 제어모터(185)로부터 힘을 전달받아 회전을 하는 경우, 상기 좌우측 사이드씰(130)은 씰연결축(117)을 중심으로 회전함으로써 차체를 기울일 수 있게 된다. 즉, 상기 씰연결축(117)은 조향부의 조향제어신호에 따라 회전운동을 하게 되며, 이에 따라 상기 사이드씰(130)을 기울게 함으로써 차량의 진행방향을 제어하게 된다. 이 때, 씰연결축(117)이 회전하는 데 필요한 동력은 기울기 제어모터(185)에서 생성된 것으로서, 해당 동력의 전달은 씰연결판(110)등을 통해 이루어질 수 있다.
상기 씰연결축(117)을 회전시키기 위한 동력의 전달은 크게 두 가지 방식으로 이루어질 수 있다. 첫 번째 방식은 상기 씰연결판(110)에 구비된 동력전달축 및 기어를 이용하는 방식으로서, 조향제어신호에 따라 기울기 제어모터(185)가 동력을 발생시키면, 상기 동력은 사이드씰(130)과 씰연결판(110)을 연결하고 있는 씰연결축(117)으로 상기 동력전달축 및 기어를 통해 전달될 수 있다. 두 번째 방식은 앞차축(140) 또는 뒤차축(150)과 평행을 이루는 또 하나의 차축(제2차축)을 구비하고 해당 차축과 휠(170)을 기울임이 가능한 관절부로 연결시키며, 상기 기울기 제어모터(185)에서 생성된 동력을 상기 차축으로 전달하는 방식이다. 두 번째 방식은, 기울기 제어모터(185)에서 생성된 동력은 각 휠과 제2차축을 연결하는 관절부로 전달이 된다는 점에서 첫 번째 방식과 차이가 있으며, 이 때 관절부의 역할은 첫 번째 방식에서의 씰연결축(117)과 대응되며, 필요한 경우 씰연결축(117)을 대체할 수도 있다.
한편, 상기 차량은 앞차축(140) 및 뒤차축(150)을 구비하고 있으며 각 차축의 양단에는 축을 중심으로 회전하여 차량의 조향을 수행함과 동시에 차량의 무게를 지탱하는 휠(170)이 구비되어 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 차축과 휠(170)은 조향링크(160)를 사이에 두고 연결될 수 있으며, 조향링크(160)는 지면에 대한 수직방향 또는 수평방향으로 회전할 수 있는 관절을 구비할 수 있어 차량이 지면과 수직방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 기울거나 지면과 수평방향을 기준으로 좌우 회전이 가능하도록 할 수 있다.
한편, 차축에는 별도의 조향링크 제어모터(180)가 연결되어 차량이 지면과 수평방향을 기준으로 방향전환할 시 조향링크(160)를 회전시키는 동력을 전달할 수 있다. 나아가 상기 조향링크 제어모터(180)는 앞차축(140) 또는 뒤차축(150)에 각각 연결되어 앞차축(140)과 휠(170)을 연결하는 조향링크A(160), 뒤차축(150)과 휠(170)을 연결하는 조향링크B(160)를 별개로 제어할 수 있다. 이렇듯 앞차축(140)과 뒤차축(150)의 조향링크A,B(160)를 개별 제어하게 되는 경우, 종래 앞차축(140)의 조향링크A(160)만을 회전시켜 차량을 선회시키는 것에 비하여 회전반경을 크게 줄일 수 있으며, 나아가 차선변경시 하나의 앞차축 또는 뒤차축 중 어느 한 차축의 조향링크만 회전시켜 차선을 변경하는 것보다 두 차축의 조향링크들을 모두 회전시키는 것이 차량의 이동궤적을 직선에 가깝게 할 수 있으며, 동시에 차선변경시 차량이 곡선 궤적을 그림에 따라 발생하는 관성력, 차체불안정성 등을 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
예를 들어, 도로 상에서 차선변경을 하고자 하는 경우 상기 조향부(100)는, 앞차축과 연결된 조향링크는 차량 진행방향 기준으로 좌측으로 20도 만큼, 뒤차축과 연결된 조향링크 역시 좌측으로 20도 만큼 회전하도록 제어함으로써, 차량이 곡선이 아닌 직선에 가까운 궤적을 그리면서 차선변경을 할 수 있도록 해 준다.
또는 차량이 도로 상에서 유턴을 하고자 하는 경우, 상기 조향부(100)는 앞차축과 연결된 조향링크는 차량 진행방향 기준으로 좌측으로 45도만큼, 뒤차축과 연결된 조향링크는 우측으로 45도만큼 회전하도록 제어함으로써, 차량이 종래에 비해 작은 회전궤적을 따라 유턴이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 휠(170)은 개별적으로 구동모터(310) 및 전자변속기를 구비할 수 있으며, 각 구동모터(310) 및 전자변속기는 제어부(500)에서 생성된 구동제어신호에 따라 각 휠(170)의 구동속도를 개별적으로 조절할 수 있다.

이하, 도3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 각종 제어 신호의 흐름에 대해 살펴본다.
도 3을 살펴보면, 조향신호 또는 구동신호는 각각 조향조작기구(200) 또는 구동조작기구(400)로부터 제어부(500)로 전송되고, 제어부(500)는 조향제어신호 또는 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 또는 구동부(300)로 전송하고 있음을 알 수 있다.
상기 조향조작기구(200)란 운전자가 차량의 진행방향을 전환하고자 할 때 운전자의 의사에 따라 차량의 진행방향을 입력받는 기구를 말하며, 대표적으로 차량 운전석에 구비된 핸들을 들 수 있다. 이 때, 조향조작기구(200)가 운전자로부터 차량 진행방향을 입력받는 방식에 있어서는 제한이 없으며, 운전자의 차량 진행방향 전환 의사가 전달될 수 있는 수단이라면 모두 상기 조향조작기구(200)에 포함된다 할 것이다. 한편, 상기 조향조작기구(200)는 운전자로부터 수신한 차량 진행방향 입력을 일련의 전기신호로 변환하여 제어부(500)로 전달하며, 특히 상기 전기신호는 PWM(Pulse Width Modulation)신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 구동조작기구(400)란 운전자가 차량의 구동에 관한 명령을 내리고자 할 때 운전자의 의사에 따라 차량의 구동시점, 구동속도 등을 입력받는 기구를 말하며, 대표적으로 차량 운전석에 구비된 엑셀러레이터를 들 수 있다. 이 때, 구동조작기구(400)가 운전자로부터 차량 구동에 관한 명령을 입력받는 방식에 있어서는 제한이 없으며, 운전자의 차량 구동 명령이 전달될 수 있는 수단이라면 모두 상기 구동조작기구(400)에 포함된다 할 것이다. 한편, 상기 구동조작기구(400)는 운전자로부터 수신한 차량 구동명령을 일련의 전기신호로 변환하여 제어부(500)로 전달할 수 있으며, 특히 상기 전기신호는 PWM(Pulse Width Modulation)신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 제어부(500)는 수신한 조향신호 또는 구동신호에 대한 소정의 연산을 수행하여 조향제어신호 또는 구동제어신호를 생성한다.
구체적으로 상기 제어부(500)는 수신한 조향신호로부터 전환시키고자 하는 차량의 진행방향, 차량의 진행방향을 전환하기 위한 회전량 등과 같은 데이터를 추출해 낼 수 있으며, 상기 추출된 데이터를 기반으로 차량의 진행방향, 진행방향을 전환하기 위해 필요한 차체 기울임 각도, 조향링크(160)의 좌우 회전각도 등을 포함하는 조향제어신호를 생성할 수 있다.
또한 상기 제어부(500)는 수신한 구동신호로부터 차량의 진행방향, 차량의 속도 및 가속도 등과 같은 데이터를 추출해 낼 수 있으며, 상기 추출된 데이터를 기반으로 차량이 현재 회전구간에 있는지 여부, 차량의 구동속도 및 가속도에 필요한 출력량, 나아가 차량 진행방향 전환시 필요한 개별 휠(170)의 구동속도 등을 포함하는 구동제어신호를 생성할 수 있다.
한편, 조향부(100)는 상기 제어부(500)로부터 조향제어신호를 수신하여 차량의 진행방향 전환을 시도하며, 이는 씰연결축(117)을 회전시킴으로써 지면과 수직방향을 기준으로 차량진행방향의 좌측 또는 우측으로 휠(170)을 포함한 차체를 기울임, 지면과 수평방향을 기준으로 차량진행방향의 좌측 또는 우측으로 조향링크(160)를 회전시킴 과 같은 방식을 통해 이루어질 수 있다.
또 다른 한편, 구동부(300)는 상기 제어부(500)로부터 구동제어신호를 수신하여 차량을 구동시키며, 이는 하나 또는 복수개의 구동모터(310)에 동력을 인가함으로써 이루어진다. 특히, 구동모터(310)가 복수개인 경우 상기 구동부(300)는 구동제어신호에 따라 상기 조향부(100)의 차량 진행방향 전환과 동시에 각 구동모터(310)의 구동속도를 조절할 수 있으며, 이에 따라 보다 효과적인 차량 진행방향 전환을 구현할 수 있다. 예를 들어, 차량을 좌측으로 방향전환 시키고자 하는 경우, 상기 조향부(100)에 의한 좌측으로의 방향전환은 별론, 상기 구동부(300)는 차량의 좌측에 위치하는 휠(170)의 구동속도를 감소시키고, 우측에 위치하는 휠(170)의 구동속도를 증가 또는 유지시킴으로써 차량이 좌측으로 방향전환을 할 수 있도록 제어할 수 있다.
한편, 도 4는 상기 조향조작기구(200), 제어부(500), 조향부(100) 및 씰연결판(110)까지의 연결관계를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 4를 살펴보면, 조향조작기구(200)는 제어부(500)와 직접적으로 연결되어 있어 운전자의 차량 진행방향에 대한 입력을 전달할 수 있으며, 이 때 전달되는 입력신호는 앞서 언급한 것과 같이 전기적 신호로 변환되어 조향신호로서 전달된다. 제어부(500)는 수신한 상기 조향신호를 기반으로 조향제어신호를 생성하여 조향부(100)에 전달한다. 후속적으로 조향부(100)는 상기 수신한 조향제어신호에 근거하여 씰연결판(110)을 통해 씰연결축을 회전시킬 수 있는 동력을 전달하고, 씰연결축(117)을 회전시킴으로써 차량의 진행방향 전환을 제어하게 된다.
한편, 도 4에 나타낸 일 실시예는 차량의 진행방향이 지면과 수직인 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울어짐으로써 전환되는 경우를 상정한 것으로서, 차량의 진행방향 전환 방식에 따라 조향부(100)가 제어할 수 있는 부분이 씰연결축(117) 또는 조향링크(160) 등으로 달라짐은 앞서 설명한 것과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량 주행시 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 지면의 수직방향을 기준으로 기울어진 모습을 나타낸 예시도이다.
한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 차량 주행시 타이어가 지면과 접촉되는 모습을 나타낸 예시도이다.
도 7에서 보는 것과 같이 차량 직진시에는 타이어 역시 기울지 않은 상태로 타이어의 트래드(타이어와 지면이 닿는 넓은 부분)가 지면과 맞닿아 주행함을 알 수 있다. 한편, 차량이 좌측으로 선회하는 경우 타이어는 점선으로 표시된 것과 같이 트래드의 일부 뿐만 아니라 타이어의 사이드월(옆면) 일부가 지면과 맞닿은채로 주행하게 된다.
이와 같이 각 주행상황마다 타이어가 지면과 닿는 부분이 상이하므로 본 발명에 의하면 타이어와 지면간의 마모를 최소한으로 줄여 타이어의 마모율을 낮추고 동시에 자원효율을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
한편, 상기 타이어는 트래드가 일정 값 이상의 곡률을 가지는 반원 형태인 것을 특징으로 할 수 있으며, 이 경우 트래드가 지면과 맞닿는 면적이 더 축소될 수 있어 앞서 언급한 타이어의 마모율을 보다 효과적으로 낮출 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법은, 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호를 입력받아 제어부(500)로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.(S110) 이 때 제어부(500)로 전달되는 상기 조향신호 또는 구동신호는 각각 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400) 내에서 전기적 신호로 변환된 것일 수 있으며, 특히 PWM(Pulse Width Modulation)신호인 것을 특징으로 할 수 있다. 이 후, 제어부(500)는 상기 수신한 조향신호 및 구동신호를 분석하는 단계를 포함할 수 있다.(S120) 상기 분석은 상기 조향신호 및 구동신호로부터 차량의 진행방향을 전환시키거나 구동명령을 내리는 데에 필요한 정보를 추출해 내는 것을 말하며, 특히 상기 신호가 PWM신호인 경우 상기 제어부(500)는 전송된 신호의 상승엣지, 하강엣지, 딜레이 등을 분석함으로써 정보를 추출해 낼 수 있다.
한편, S120에서의 분석 결과, 제어부(500)는 차량의 진행방향, 차량의 진행방향을 전환하기 위한 회전량 등과 같이 차량의 진행방향을 전환시키기 위해 필요한 데이터 및 구동모터(310)의 속도와 같이 차량을 구동시키기 위해 필요한 데이터를 연산해 낼 수 있으며, 상기 연산된 데이터를 기반으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)로 전달할 수 있다. (S130, S140) 이 때, 상기 조향제어신호에는 차량의 진행방향, 진행방향을 전환하기 위해 필요한 차체 기울임 각도, 조향링크(160)의 회전각도 등을 포함할 수 있으며, 상기 구동제어신호에는 차량이 현재 회전구간에 있는지 여부, 차량의 구동속도 및 가속도에 필요한 출력량, 나아가 차량 진행방향 전환시 필요한 개별 휠(170)의 구동속도와 같은 정보를 포함할 수 있다.
한편, 상기 조향제어신호를 수신한 이후 조향부(100)는 상기 수신한 조향제어신호에 따라 씰연결판(110) 또는 조향링크(160)를 제어하여, 차량의 휠(170)을 포함하는 프레임(50)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 하거나 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행방향을 제어하고, 구동부(300)는 상기 수신한 구동제어신호에 따라 각 휠(170)과 연결된 구동모터(310) 속도를 조절함으로써 차량의 진행방향을 전환하게 된다.(S150)
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법이다.
도 9은 특히 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량의 진행방향을 전환하는 과정에 있어서 차량의 회전관성에 의한 불안정성을 최소화 시키고자 하는 롤링제어 방법에 관한 것이다.
도 9을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 롤링제어 방법은, 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호를 수신하여 제어부(500)로 전달하는 단계를 포함한다.(S210) 또한 제어부(500)는 상기 수신한 신호들을 분석하며, 이로부터 차량의 진행방향을 전환시키기 위한 데이터 및 차량 구동에 필요한 데이터를 연산하고, 연산된 데이터들을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)에 전달한다.(S220)
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 조향부(100)는 상기 조향제어신호를 전달받아 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행방향을 제어한다.(S230) 즉, 본 실시예는 차량이 수평방향으로 선회할 때 발생하는 회전관성 내지 원심력에 의한 불안정성을 감소시키기 위한 차량 롤링제어 방법이다.
한편, 상기와 같이 차량의 진행방향이 전환되는 과정에서, 센서부는 상기 차량의 차량상태정보를 감지하여 제어부(500)로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.(S240) 상기 차량상태정보에는 현재 차량의 회전관성, 선회에 의해 차량이 기울어진 각도, 차량의 가속도 또는 원심력의 크기 등이 포함될 수 있다. 이 때 원심력이란 회전운동을 하고 있는 차량에 나타나는 관성력으로서, 구심력과 크기가 같고 방향은 반대이며 회전반경의 중심에서 멀어지려는 방향으로 작용하는 힘을 의미하며, 원심력 크기의 단위로는 N(뉴턴) 또는 dyn(다인)을 사용할 수 있다.
한편, 차량상태정보를 전송받은 제어부(500)는 상기 차량상태정보에 대한 보상값을 연산하여 조향제어신호를 생성하고, 이에 따라 조향부(100)가 씰연결판(110)을 제어하여 상기 차량의 기울기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.(S250 - S270) 이 때, 상기 보상값은 차량이 진행방향을 전환하는 과정에서 발생하는 차량의 불안정성, 예를 들어 원심력에 의한 차량의 기울기변화 등을 최소화 시키기 위한 값을 말하는 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면 차량 선회과정에서 불안정 요소가 발생하더라도 롤링제어 시스템 및 방법에 의하여 이를 최소화 할 수 있는 이점이 있다.
이상 상술한 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이지, 위 기재에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 차량의 좌우측 사이드씰(130)과 씰연결판(110)을 연결하고 조향부로부터 전달받은 조향력에 의해 상기 차량의 기울기를 조절하는 씰연결축(117)과, 전방 휠(170) 및 후방 휠(170)을 각각 연결하고 상기 각 휠(170)에 조향동력을 전달하는 앞차축(140) 및 뒤차축(150)을 포함하며, 상기 씰연결축(117)의 회전에 의해 차량의 기울기가 제어될 수 있는 프레임(50)을 구비한 차량의 롤링제어 시스템에 있어서,
    조향조작기구(200)로부터 수신한 조향신호 및 구동조작기구(400)로부터 수신한 구동신호를 분석하고, 상기 분석에 따른 결과값을 바탕으로 상기 조향부(100) 및 구동부(300)를 제어하는 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 전달하는 제어부(500);
    상기 제어부(500)로부터 수신한 조향제어신호에 따라 기울기 제어모터(185)를 구동시켜 상기 씰연결축(117)에 조향력을 전달함으로써 상기 씰연결축(117)을 회전시키고, 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 프레임(50) 및 휠(170)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 조향부(100); 및
    상기 제어부(500)로부터 수신한 구동제어신호에 따라 차량을 구동시키는 구동부(300);
    를 포함하는 차량 롤링제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량은,
    차량의 각 휠(170)과 차축을 연결하고 지면과 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전이 가능한 조향링크(160)들을 더 포함하고,
    상기 조향부(100)는,상기 차량의 진행 방향을 제어함에 있어, 상기 씰연결축(117)의 회전에 따라 상기 프레임 및 휠(170)이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 함으로써 차량의 진행 방향을 제어함과 동시에 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량은 각 휠(170)에 구동력을 전달하기 위한 구동모터(310) 및 상기 구동모터(310)를 제어하기 위한 전자변속기를 더 포함하고, 상기 제어부(500)는 각 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 제어하기 위한 구동제어신호를 생성하여 구동부(300)에 전달하며, 상기 구동부(300)는 수신한 상기 구동제어신호에 따라 각 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 조절함으로써 차량을 구동시키는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동부(300)는, 차량 좌측 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 감소시키고 차량 우측 휠(170)의 구동모터(310) 속도는 증가시키거나 기존 속도를 유지시킴으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환하고, 차량 우측 휠(170)의 구동모터(310) 속도를 감소시키고 차량 좌측 휠(170)의 구동모터(310) 속도는 증가시키거나 기존 속도를 유지시킴으로써 차량의 진행방향을 우측으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조향부(100)는, 상기 씰연결축(117)을 차체의 우측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 우측으로 기울도록 제어함으로써 차량의 진행방향을 우측으로 전환시키고, 상기 씰연결축(117)을 차체의 좌측 방향으로 회전시켜 상기 휠(170)을 포함한 프레임(50)이 좌측으로 기울도록 제어함으로써 차량의 진행방향을 좌측으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 기울기, 회전관성, 원심력의 크기 또는 가속도 중 적어도 어느 하나를 포함하는 차량상태정보를 감지하여 상기 제어부(500)로 전송하는 센서부를 더 포함하는 차량 롤링제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부(500)는, 상기 센서부로부터 원심력 크기가 포함된 차량상태정보를 수신한 경우, 상기 원심력 크기와 기 설정된 기준값과의 차이를 획득하고, 상기 차이가 0이 되도록 보상값을 연산하여 조향제어신호를 생성하며, 상기 조향부(100)는 상기 조향제어신호에 따라 씰연결축(117)을 회전시켜 상기 차량의 기울기를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 휠(170)에 장착되는 타이어를 더 포함하고,
    상기 타이어의 트래드는 곡률을 가지는 반원 형태인 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조향신호 및 구동신호는 PWM(Pulse Width Modulation)신호인 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 조향부(100)는 앞차축 및 뒤차축과 연결된 조향링크들을 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 롤링제어 시스템.
  11. (a) 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호를 수신하여 제어부(500)로 전달하는 단계;
    (b) 제어부(500)가 상기 수신한 조향신호 및 구동신호를 분석하는 단계;
    (c) 제어부(500)가 차량의 진행방향을 전환시키기 위해 필요한 데이터 및 차량을 구동시키기 위해 필요한 데이터를 연산하고, 상기 연산된 데이터들을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)로 전달하는 단계;
    (d) 조향부(100)는 상기 수신한 조향제어신호에 따라 씰연결축(110) 또는 조향링크(160)를 제어하여, 차량의 휠(170)을 포함하는 프레임이 지면과의 수직 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 기울게 하거나 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하고,
    구동부(300)는 상기 수신한 구동제어신호에 따라 각 휠(170)과 연결된 구동모터(310) 속도를 조절함으로써 차량의 진행방향을 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량 롤링제어 방법.
  12. (a) 조향조작기구(200) 및 구동조작기구(400)가 각각 조향신호 및 구동신호 수신하여 제어부(500)로 전달하는 단계;
    (b) 제어부(500)가 상기 수신한 조향신호 및 구동신호를 분석하는 단계;
    (c) 제어부(500)가 차량의 진행방향을 전환시키기 위해 필요한 데이터 및 차량을 구동시키기 위해 필요한 데이터를 연산하고, 상기 연산된 데이터들을 바탕으로 조향제어신호 및 구동제어신호를 생성하여 각각 조향부(100) 및 구동부(300)로 전달하는 단계;
    (d) 조향부(100)가 조향링크(160)를 지면과의 수평 방향을 기준으로 차량 진행방향의 좌측 또는 우측으로 회전시킴으로써 차량의 진행 방향을 제어하는 단계;
    (e) 센서부가 상기 차량의 차량상태정보를 감지하여 제어부(500)로 전송하는 단계;
    (f) 제어부(500)가 상기 센서부로부터 수신한 차량상태정보에 대한 보상값을 연산하여 조향제어신호를 생성하고, 상기 조향부(100)는 상기 조향제어신호에 따라 씰연결축(117)을 회전시켜 상기 차량의 기울기를 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량 롤링제어 방법.
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