KR102779114B1 - Sequential steering system for front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering moving body and method therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템에 관한 것으로서, 이동체와, 상기 이동체의 전면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 전륜과, 상기 이동체의 후면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 후륜과, 상기 이동체에 형성되어 상기 전륜 또는 상기 후륜에 구동력을 제공하고 상기 전륜의 조향을 제어할 수 있도록 형성되는 구동부와, 상기 이동체에 형성되어 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 조향되면 상기 후륜의 조향각도를 상기 전륜의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시켜 상기 이동체의 회전 중심점을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, and is characterized by including: a vehicle; front wheels formed on both sides of the front lower portion of the vehicle and moving the vehicle through rotation and steering angle adjustment; rear wheels formed on both sides of the rear lower portion of the vehicle and moving the vehicle through rotation and steering angle adjustment; a driving unit formed on the vehicle and configured to provide driving force to the front wheel or the rear wheel and control the steering of the front wheel; and a control unit formed on the vehicle and configured to change the steering angle of the rear wheel in the opposite direction to the steering angle of the front wheel when the steering angle of the front wheel is steered to a maximum angle to adjust the rotation center point of the vehicle.
Description
본 발명은 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 4륜을 이용하여 이동이 가능한 이동체가 좌측 또는 우측으로 회전될 때 회전 반경 및 속도를 자동으로 제어하여 안정적으로 회전이 이루어질 수 있도록 하는 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle and a method thereof, and more specifically, to a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle and a method thereof, which automatically controls a turning radius and speed when a vehicle capable of moving using four wheels is turned to the left or right, thereby enabling stable rotation.
일반적으로 4륜 조향 이동체는 한 쌍의 전륜과 한 쌍의 후륜을 이용하여 주행 및 좌, 우 회전이 가능한 것을 의미하며, 사용자가 탑승한 차량, 원격으로 조작하여 움직이는 무인 로봇에서 사용되고 있다.In general, a four-wheel steering vehicle is one that can drive and turn left and right using a pair of front wheels and a pair of rear wheels, and is used in vehicles that users ride in and unmanned robots that move by remote control.
이러한 4륜 조향 이동체는 그 종류에 따라 스티어링 휠 또는 조이스틱을 이용해 이동체의 좌, 우 조향을 제어할 수 있도록 형성되어 있으며 기존의 2륜 조향 이동체의 경우 좌, 우로 조향할 때 전륜만 작동되어 방향을 제어하는 반면, 4륜 조향 이동체는 전륜과 후륜이 동시에 같은 회전각도로 움직일 수 있도록 형성된다.These four-wheel steering vehicles are formed so that the left and right steering of the vehicle can be controlled using a steering wheel or joystick depending on the type. In the case of existing two-wheel steering vehicles, only the front wheels are operated to control the direction when steering left and right, whereas four-wheel steering vehicles are formed so that the front and rear wheels can move at the same rotation angle at the same time.
이와 같이 4륜 조향 이동체는 전륜만 조향되는 2륜 조향 이동체에 비해 회전반경이 빠르게 변경될 수 있어 좁은 구역에서도 좌측 또는 우측으로 회전하여 이동할 수 있게 된다.In this way, a four-wheel steering vehicle can change its turning radius more quickly than a two-wheel steering vehicle with only the front wheels steered, enabling it to turn left or right and move in narrow areas.
그러나 이러한 4륜 조향 이동체의 경우 회전반경이 빠르게 변경되기 때문에 차량을 운전하는 운전자나 로봇을 조종하는 운용자가 이동체의 진행 방향을 예측하기가 어렵다는 문제점이 있었다.However, in the case of these four-wheel steering vehicles, there was a problem in that it was difficult for the driver driving the vehicle or the operator controlling the robot to predict the direction of travel of the vehicle because the turning radius changed rapidly.
또한 종래와 같이 전륜과 후륜이 같은 각도로 동시에 조향되는 경우 고속 주행 시 미끄러짐 등으로 인해 회전의 안정성이 감소하게 되므로, 이동체가 빠른 속도로 이동 중이거나 무거운 화물을 적재 중 급격하게 좌, 우로 조작할 경우 회전반경도 급격하게 이루어지면서 전도사고가 발생될 수 있는 문제점이 있었다.In addition, as in the past, when the front and rear wheels are steered at the same angle at the same time, the stability of rotation is reduced due to slipping, etc. during high-speed driving. Therefore, when the vehicle is moving at high speed or is loaded with heavy cargo and is rapidly turned left and right, there was a problem that the turning radius also became rapid, which could lead to a tipping accident.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 운용자가 스티어링 휠 또는 조이스틱을 이용하여 안정적이고 정밀하게 4륜 조향 이동체를 운용할 수 있는 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to provide a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, and a method therefor, which enables an operator to operate the four-wheel steering vehicle stably and precisely using a steering wheel or joystick.
또한 본 발명의 다른 목적은 운용자가 종래의 2륜 조향 이동체의 조향 감각을 기반으로 4륜 조향 이동체의 조향이 가능하여 진행 방향 예측과 제어가 수월한 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a sequential steering system and method for the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, which enables the operator to steer the four-wheel steering vehicle based on the steering feel of a conventional two-wheel steering vehicle, thereby making it easy to predict and control the direction of travel.
또한 본 발명의 다른 목적은 고속에서의 회전 시 운용자의 별도 조작 없이 현재 속도가 감소해 안정적으로 회전되도록 유도할 수 있는 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a sequential steering system of front and rear wheels and a method therefor for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, which can induce a stable rotation by reducing the current speed without a separate operation of an operator when rotating at high speed.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템은 이동체와, 상기 이동체의 전면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 전륜과, 상기 이동체의 후면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 후륜과, 상기 이동체에 형성되어 상기 전륜 또는 상기 후륜에 구동력을 제공하고 상기 전륜의 조향을 제어할 수 있도록 형성되는 구동부와, 상기 이동체에 형성되어 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 조향되면 상기 후륜의 조향각도를 상기 전륜의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시켜 상기 이동체의 회전 중심점을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problem, the present invention provides a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, the system including: a vehicle; front wheels formed on both sides of the front lower portion of the vehicle and moving the vehicle through rotation and steering angle adjustment; rear wheels formed on both sides of the rear lower portion of the vehicle and moving the vehicle through rotation and steering angle adjustment; a driving unit formed on the vehicle and configured to provide driving force to the front wheel or the rear wheel and control the steering of the front wheel; and a control unit formed on the vehicle and configured to change the steering angle of the rear wheel in the opposite direction to the steering angle of the front wheel when the steering angle of the front wheel is steered to a maximum angle to adjust the rotation center point of the vehicle.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템의 상기 제어부는 상기 구동부에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 상기 후륜의 조향각도에 따라 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도보다 낮은 보정된 명령속도를 출력하여 상기 이동체의 주행속도를 감속시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering vehicle of the present invention is characterized in that, when the command speed input from the driving unit is higher than a set threshold speed, a speed compensation scaler is applied according to the steering angle of the rear wheels to output a compensated command speed lower than the input command speed, thereby reducing the driving speed of the vehicle.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템의 상기 제어부는 상기 이동체가 회전되는 내측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 기반으로 상기 이동체의 회전중심점을 산출하고, 상기 회전중심점을 중심으로 상기 이동체가 회전되는 외측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 재산출 및 조정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering mobile body of the present invention calculates the center of rotation of the mobile body based on the steering angles of the front and rear wheels located in the inner direction in which the mobile body rotates, and recalculates and adjusts the steering angles of the front and rear wheels located in the outer direction in which the mobile body rotates around the center of rotation.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템의 상기 제어부는 상기 전륜을 통해 2륜 조향 방식으로 주행하다가 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 전환되면 상기 후륜을 순차적으로 구동시켜 4륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering mobile body of the present invention is characterized in that it drives in a two-wheel steering manner through the front wheels, and when the steering angle of the front wheels is converted to a maximum angle, it sequentially drives the rear wheels to convert to a four-wheel steering manner.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템의 상기 제어부는 상기 이동체가 4륜 조향 방식으로 변경된 상태에서 상기 후륜의 조향각도가 0도가 되면 2륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit of the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering vehicle of the present invention is characterized in that when the steering angle of the rear wheels becomes 0 degrees while the vehicle is changed to a four-wheel steering mode, it switches to a two-wheel steering mode.
본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법은 이동체의 주행방향을 제어하기 위해 구동부를 통해 한 쌍으로 된 전륜의 조향을 조작하기 위한 조향신호를 입력하는 조향조작단계와, 상기 조향조작단계를 통해 입력된 조향신호를 기반으로 상기 전륜의 조향각도를 제어하는 전륜조향단계와, 상기 전륜조향단계를 통해 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 조향되면 한 쌍으로 된 후륜의 조향각도를 상기 전륜의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시키는 후륜조향단계와, 상기 후륜조향단계 이후 상기 이동체가 회전되는 내측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 기반으로 상기 이동체의 회전중심점을 산출하는 회전중심점 산출단계와, 상기 회전중심점 산출단계를 통해 산출된 상기 회전중심점을 중심으로 상기 이동체가 회전되는 외측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 재산출 및 조정하는 외측 조향각도 산출단계와, 상기 외측 조향각도 산출단계 이후에 상기 후륜의 조향각도에 따라 상기 구동부에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도보다 낮은 보정된 명령속도를 출력하여 상기 이동체의 주행속도를 감속시키는 주행속도 보정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a sequential steering method of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle, comprising: a steering operation step for inputting a steering signal for operating the steering of a pair of front wheels through a driving unit to control a driving direction of the vehicle; a front wheel steering step for controlling a steering angle of the front wheels based on the steering signal input through the steering operation step; a rear wheel steering step for changing the steering angle of the pair of rear wheels to the opposite direction to the steering angle of the front wheels when the steering angle of the front wheels is steered to a maximum angle through the front wheel steering step; a rotation center point calculation step for calculating a rotation center point of the vehicle based on the steering angles of the front wheels and the rear wheels located in an inner direction in which the vehicle rotates after the rear wheel steering step; and an outer steering angle calculation step for recalculating and adjusting the steering angles of the front wheels and the rear wheels located in an outer direction in which the vehicle rotates around the rotation center point calculated through the rotation center point calculation step. The present invention is characterized by including a driving speed compensation step for reducing the driving speed of the moving body by applying a speed compensation scaler to output a compensated command speed lower than the input command speed when the command speed input from the driving unit according to the steering angle of the rear wheel is higher than the set threshold speed after the calculating step and the outer steering angle calculating step.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 상기 회전중심점 산출단계에서 상기 회전중심점(Px, Py)은 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the rotation center point calculation step of the sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering mobile body of the present invention, the rotation center point (P x, P y ) is calculated using the following mathematical expressions 1 and 2.
[수학식 1][Mathematical formula 1]
(Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, θFi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 전륜 조향각도, θBi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 후륜 조향각도)(P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels, θ Fi : steering angle of the front wheel located inward in the direction of rotation of the moving body, θ Bi : steering angle of the rear wheel located inward in the direction of rotation of the moving body)
[수학식 2][Mathematical formula 2]
(Py : 회전중심점의 y축 좌표, θFi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 전륜 조향각도, Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이)(P y : y-axis coordinate of the center of rotation, θ Fi : steering angle of the front wheel located inside the direction of rotation of the moving body, P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels)
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 상기 외측 조향각도 산출단계에서 상기 조향각도는 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the outer steering angle calculation step of the sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering mobile body of the present invention, the steering angle is calculated using mathematical expressions 3 and 4.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
(θFo : 이동체의 회전방향 외측에 위치한 전륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ Fo : steering angle of the front wheel located outside the direction of rotation of the moving body, L: length between the front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
[수학식 4][Mathematical formula 4]
(θBo : 이동체의 회전방향 외측에 위치한 후륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ Bo : steering angle of the rear wheel located outside the direction of rotation of the moving body, L: length between the front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 상기 주행속도 보정단계에서 상기 후륜의 조향각도는 상기 이동체의 회전방향 내측에 위치한 후륜의 조향각도를 기준으로 주행속도가 보정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the driving speed correction step of the sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering vehicle of the present invention, the steering angle of the rear wheel is characterized in that the driving speed is corrected based on the steering angle of the rear wheel located inside the rotation direction of the vehicle.
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 상기 주행속도 보정단계에서 상기 속도보정 스케일러는 아래의 수학식 5에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the driving speed compensation step of the sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering vehicle of the present invention, the speed compensation scaler is characterized by being determined by the following mathematical expression 5.
[수학식 5][Mathematical Formula 5]
(S : 속도보정 스케일러, Smin : 속도보정 스케일러의 최소값, θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θB : 이동체의 회전방향의 내측에 위치한 후륜 조향각도, θBR : 우측 후륜 조향각도, θBL : 좌측 후륜 조향각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)(S: speed compensation scaler, S min : minimum value of speed compensation scaler, θ max : maximum mechanically steerable angle, θ B : steering angle of the rear wheel located inside the rotation direction of the moving body, θ BR : right rear wheel steering angle, θ BL : left rear wheel steering angle, θ J : target steering angle input to the driving unit)
또한 본 발명의 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 상기 주행속도 보정단계에서 보정된 명령속도는 아래의 수학식 6에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the command speed corrected in the driving speed correction step of the sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of the four-wheel steering vehicle of the present invention is characterized by being determined by the following mathematical expression 6.
[수학식 6][Mathematical Formula 6]
(VC : 보정된 명령속도, VIN : 구동부에서 입력된 명령속도, Vt bwd : 후진 시의 속도 임계속도, Vt fwd : 전진 시의 임계속도, S : 속도보정 스케일러)(V C : compensated command speed, V IN : command speed input from the drive unit, V t bwd : critical speed when moving backward, V t fwd : critical speed when moving forward, S: speed compensation scaler)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 의하면, 운용자가 스티어링 휠 또는 조이스틱을 이용하여 안정적이고 정밀하게 4륜 조향 이동체를 운용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the sequential steering system and method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention have the effect of enabling an operator to operate a four-wheel steering vehicle stably and precisely using a steering wheel or joystick.
또한 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 의하면, 운용자가 종래의 2륜 조향 이동체의 조향 감각을 기반으로 4륜 조향 이동체의 조향이 가능하여 진행 방향 예측과 제어가 수월한 효과가 있다.In addition, according to the sequential steering system and method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention, the operator can steer the four-wheel steering vehicle based on the steering feel of a conventional two-wheel steering vehicle, thereby facilitating prediction and control of the direction of travel.
또한 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 의하면, 고속에서의 회전 시 운용자의 별도 조작 없이 현재 속도가 감소해 안정적으로 회전되도록 유도할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the sequential steering system of the front and rear wheels and the method thereof for stable rotation of the four-wheel steering vehicle according to the present invention, there is an effect of inducing stable rotation by reducing the current speed without a separate operation of the operator when rotating at high speed.
도 1은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법의 단계를 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 바퀴 위치를 2차원 좌표계에 표시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 우회전을 위해 전륜을 조향한 상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템이 우회전을 위해 후륜을 조향한 상태를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 좌회전을 위해 전륜을 조향한 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향시스템 및 방법에서 좌회전을 위해 후륜을 조향한 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 후륜 조향에 따른 속도 보정 값의 변화를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 후륜 조향에 따라 속도가 감속되는 모습을 나타낸 그래프.Figure 1 is a configuration diagram showing the configuration of a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
Figure 2 is a flowchart showing the steps of a sequential steering method of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 3 is a drawing showing wheel positions in a two-dimensional coordinate system in a sequential steering system and method of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 4 is a drawing showing a state in which the front wheels are steered for a right turn in a sequential steering system and method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 5 is a drawing showing a state in which the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention steers the rear wheels for a right turn.
FIG. 6 is a drawing showing a state in which the front wheels are steered for a left turn in a sequential steering system and method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 7 is a drawing showing a state in which the rear wheels are steered for a left turn in a sequential steering system and method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing changes in speed compensation values according to rear wheel steering in a sequential steering system and method of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the appearance of speed being reduced according to rear wheel steering in a sequential steering system and method of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.The specific features and advantages of the present invention are described in detail below with reference to the attached drawings. If it is determined that a detailed description of the functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명은 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 4륜을 이용하여 이동이 가능한 이동체가 좌측 또는 우측으로 회전될 때 회전 반경 및 속도를 자동으로 제어하여 안정적으로 회전이 이루어질 수 있도록 하는 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle and a method thereof, and more specifically, to a sequential steering system of front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle and a method thereof, which automatically controls a turning radius and speed when a vehicle capable of moving using four wheels is turned to the left or right, thereby enabling stable rotation.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템의 구성을 나타낸 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the configuration of a sequential steering system of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템은 이동체(500)와, 이동체(500)의 전면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 이동체(500)를 이동시키는 전륜(100)과, 이동체(500)의 후면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 이동체(500)를 이동시키는 후륜(200)과, 이동체(500)에 형성되어 전륜(100) 또는 후륜(200)에 구동력을 제공하고 전륜(100)의 조향을 제어할 수 있도록 형성되는 구동부(300)와, 이동체(500)에 형성되어 전륜(100)의 조향각도가 최대각도로 조향되면 후륜(200)의 조향각도를 전륜(100)의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시켜 이동체(500)의 회전 중심점을 조절하는 제어부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in Fig. 1, the sequential steering system of the front wheels (100) and the rear wheels (200) for stable rotation of the four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention comprises: a mobile body (500); front wheels (100) formed on both sides of the front lower portion of the mobile body (500) to move the mobile body (500) through rotation and steering angle adjustment; rear wheels (200) formed on both sides of the rear lower portion of the mobile body (500) to move the mobile body (500) through rotation and steering angle adjustment; a driving unit (300) formed on the mobile body (500) to provide driving force to the front wheels (100) or the rear wheels (200) and control the steering of the front wheels (100); and a driving unit (300) formed on the mobile body (500) to control the steering of the rear wheels (200) when the steering angle of the front wheels (100) is steered to the maximum angle. It is characterized by including a control unit (400) that adjusts the center of rotation of a moving body (500) by changing it in the opposite direction to the steering angle of the front wheel (100).
또한 제어부(400)는 전륜(100)을 통해 2륜 조향 방식으로 주행하다가 전륜(100)의 조향각도가 최대각도로 전환되면 후륜(200)을 순차적으로 구동시켜 4륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit (400) is characterized in that it drives in a two-wheel steering mode through the front wheels (100) and then sequentially drives the rear wheels (200) when the steering angle of the front wheels (100) is switched to the maximum angle, thereby switching to a four-wheel steering mode.
또한 제어부(400)는 이동체(500)가 4륜 조향 방식으로 변경된 상태에서 후륜(200)의 조향각도가 0도가 되면 2륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit (400) is characterized in that when the steering angle of the rear wheel (200) becomes 0 degrees while the moving body (500) is changed to a four-wheel steering mode, it switches to a two-wheel steering mode.
이동체(500)는 승용차, 개인형 이동수단, 무인로봇, 자동무인운반차, 중장비 차량 등으로 사용될 수 있는 것으로, 그 목적에 따라 기능 및 목적을 구현할 수 있도록 다양한 장치가 장착될 수 있도록 형성되어 있다.The mobile body (500) can be used as a passenger vehicle, personal mobility device, unmanned robot, automatic unmanned transport vehicle, heavy equipment vehicle, etc., and is formed so that various devices can be installed so that functions and purposes can be implemented according to the purpose.
이때 이동체(500)는 4개의 바퀴를 통해 자체적인 동력을 이용하여 주행이 가능한 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 차량과 같이 탑승한 상태로 조작하는 것과 무인로봇을 원격으로 조작하는 형태로 이루어질 수 있다.At this time, it is desirable that the mobile body (500) be configured to be capable of driving using its own power through four wheels, and can be configured to be operated while riding in a vehicle or to be operated remotely as an unmanned robot.
전륜(100)은 이동체(500)의 전면 하부 양측에 한 쌍으로 형성되어 있으며, 좌측에는 좌측전륜(110)이 마련되고, 우측에는 우측전륜(120)이 마련되어 있다.The front wheels (100) are formed as a pair on both sides of the lower front of the moving body (500), with a left front wheel (110) provided on the left side and a right front wheel (120) provided on the right side.
후륜(200)은 이동체(500)의 후면 하부 양측에 한 쌍으로 형성되어 있으며, 좌측에는 좌측후륜(210)이 마련되고, 우측에는 우측후륜(220)이 마련되어 있다.The rear wheels (200) are formed as a pair on both sides of the lower rear of the moving body (500), with a left rear wheel (210) provided on the left side and a right rear wheel (220) provided on the right side.
이때 전륜(100)과 후륜(200)은 모두 조향각도가 조절될 수 있도록 형성되어 있으며, 보다 바람직하게는 좌측전륜(110), 우측전륜(120), 좌측후륜(210), 우측후륜(220)이 개별적으로 조향각도를 조절할 수 있으며, 이에 대한 설명은 후술하기로 한다.At this time, both the front wheel (100) and the rear wheel (200) are formed so that the steering angle can be adjusted, and more preferably, the left front wheel (110), the right front wheel (120), the left rear wheel (210), and the right rear wheel (220) can individually adjust the steering angle, and this will be described later.
구동부(300)는 이동체(500)의 종류에 따라 엔진 또는 모터를 이용하여 전륜(100) 또는 후륜(200)에 구동력을 제공하며, 가속페달 및 감속페달, 가속버튼 및 감속버튼을 포함하는 주행유닛(320)을 포함하고 있다. The driving unit (300) provides driving force to the front wheel (100) or the rear wheel (200) using an engine or a motor depending on the type of the moving body (500), and includes a driving unit (320) including an accelerator pedal, a deceleration pedal, an acceleration button, and a deceleration button.
구동부(300)의 주행유닛(320)을 통해 전륜(100) 또는 후륜(200)을 회전시켜 이동체(500)가 지면을 따라 주행할 수 있게 되며, 스티어링휠 또는 조이스틱을 이용한 조향유닛(310)을 이용하여 전륜(100)의 조향각도를 조절함으로써 이동체(500)의 주행 방향을 제어할 수도 있게 된다.The driving unit (320) of the driving unit (300) enables the moving body (500) to drive along the ground by rotating the front wheel (100) or the rear wheel (200), and the driving direction of the moving body (500) can also be controlled by adjusting the steering angle of the front wheel (100) using the steering unit (310) using a steering wheel or joystick.
일반적인 상황에서는 구동부(300)의 조향유닛(310)과 주행유닛(320)을 기반으로 이동체(500)가 주행할 때 구동부(300)는 전륜(100)의 조향각도를 조절하는 2륜 조향으로 이동체(500)의 방향을 제어하도록 구성되어 있으며, 4륜 조향은 특정 조건에서 작동되도록 구성되어 있다.In a general situation, when a moving body (500) is driven based on the steering unit (310) and the driving unit (320) of the driving unit (300), the driving unit (300) is configured to control the direction of the moving body (500) by two-wheel steering that adjusts the steering angle of the front wheels (100), and the four-wheel steering is configured to operate under specific conditions.
제어부(400)는 이동체(500)에 형성되어 후륜(200)의 조향각도를 제어하기 위해 사용되며, 전륜(100)의 조향각도가 좌측 또는 우측 방향으로 최대각도로 조향되면 후륜(200)의 조향각도를 제어하여 4륜 조향으로 변경시키고 이동체(500)의 주행을 제어하기 위해 사용된다.The control unit (400) is formed in the moving body (500) and is used to control the steering angle of the rear wheel (200). When the steering angle of the front wheel (100) is steered to the maximum angle in the left or right direction, the control unit (400) controls the steering angle of the rear wheel (200) to change to four-wheel steering and is used to control the driving of the moving body (500).
운용자가 구동부(300)에 형성된 조향유닛(310)을 이용하여 일반적인 상황에서는 2륜 조향을 기반으로 일반적인 차량 운행과 동일한 감각으로 주행할 수 있게 되는데, 이 경우 좌회전, 우회전, 유턴할 때 전륜(100)만 사용하는 경우 회전반경이 커지는 문제점이 있었다.By using the steering unit (310) formed in the driving unit (300), the operator can drive with the same feeling as a normal vehicle based on two-wheel steering in normal situations. However, in this case, there was a problem that the turning radius increased when only the front wheels (100) were used when making a left turn, right turn, or U-turn.
이와는 달리 4륜 조향의 경우 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도가 동시에 변화되므로 이동체(500)의 회전반경이 감소되어 좁은 구간에서도 쉽게 회전할 수 있는 장점이 있으나, 2륜 조향에 익숙한 사용자는 회전반경을 가늠하지 못해 사고가 발생되는 문제점이 있었다.In contrast, in the case of four-wheel steering, the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) change simultaneously, so the turning radius of the moving body (500) is reduced, which has the advantage of making it easy to turn even in narrow sections. However, there was a problem in that users accustomed to two-wheel steering were unable to estimate the turning radius, which resulted in accidents.
본 발명에서는 제어부(400)가 사용 환경에 맞게 선택적으로 2륜 조향과 4륜 조향을 자동으로 변경하여 사용할 수 있게 되므로, 평상시에는 2륜 조향 방식으로 주행이 가능하고 특정상황에서만 4륜 조향 방식으로 변경하여 사용할 수 있게 된다.In the present invention, the control unit (400) can automatically change between two-wheel steering and four-wheel steering according to the usage environment, so that driving is possible in two-wheel steering mode in normal times and can be changed to four-wheel steering mode only in specific situations.
이를 위해 제어부(400)는 조향유닛(310)의 스티어링 휠 또는 조이스틱을 이용하여 전륜(100)을 좌측 또는 우측 방향을 향해 최대각도로 조향되면 후륜(200)의 조향각도를 변경하여 4륜 조향으로 전환시킬 수 있게 된다.To this end, the control unit (400) can change the steering angle of the rear wheel (200) by steering the front wheel (100) to the maximum angle toward the left or right using the steering wheel or joystick of the steering unit (310) to switch to four-wheel steering.
이때 제어부(400)는 전륜(100)이 먼저 조향각도가 최대각도로 조향 된 후 후륜(200)이 조향되도록 제어하게 되며, 후륜(200)은 이동체(500)의 회전반경을 감소시키도록 전륜(100)의 반대방향으로 최대각도로 조향시키게 된다.At this time, the control unit (400) controls the front wheel (100) to be steered first to the maximum steering angle and then the rear wheel (200) to be steered, and the rear wheel (200) is steered to the maximum angle in the opposite direction of the front wheel (100) to reduce the turning radius of the moving body (500).
즉, 제어부(400)는 전륜(100)이 먼저 최대각도로 조향된 후 후륜(200)을 순차적으로 작동시켜 이동체(500)의 회전반경을 감소시킬 수 있게 되며, 구동부(300)의 조향유닛(310)을 통해 후륜(200)의 조향 각도도 제어할 수 있게 된다.That is, the control unit (400) can reduce the turning radius of the moving body (500) by sequentially operating the rear wheels (200) after the front wheels (100) are first steered to the maximum angle, and can also control the steering angle of the rear wheels (200) through the steering unit (310) of the driving unit (300).
또한 후륜(200)의 조향각도가 좌우 중립상태인 0도에 도달하는 경우 제어부(400)는 후륜(200)이 0도 상태로 유지시켜 2륜 조향 방식으로 전환되도록 하며, 구동부(300)의 조향유닛(310)이 후륜(200)을 조향할 수 없도록 제어할 수 있게 된다.In addition, when the steering angle of the rear wheel (200) reaches 0 degrees, which is a left-right neutral state, the control unit (400) maintains the rear wheel (200) in a 0 degree state to switch to a two-wheel steering mode, and the steering unit (310) of the drive unit (300) can be controlled so that the rear wheel (200) cannot be steered.
즉, 전륜(100)이 최대각도로 전환되면 후륜(200)이 최대각도로 조향되면서 4륜 조향 방식으로 전환되고, 구동부(300)에 의해 좌회전, 우회전, 유턴이 완료되어 전륜(100)의 조향각도가 중립상태인 0도가 되면 후륜(200)도 함께 0도가 되면서 제어부(400)에 의해 잠금 상태로 유지되어 2륜 조향 방식으로 전환될 수 있게 된다.That is, when the front wheel (100) is turned to the maximum angle, the rear wheel (200) is steered to the maximum angle, thereby switching to a four-wheel steering mode, and when the left turn, right turn, and U-turn are completed by the driving unit (300) and the steering angle of the front wheel (100) becomes 0 degrees, which is the neutral state, the rear wheel (200) also becomes 0 degrees and is maintained in a locked state by the control unit (400), thereby enabling switching to a two-wheel steering mode.
또한 제어부(400)는 이동체(500)가 회전되는 내측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 기반으로 이동체(500)의 회전중심점(10)을 산출하고, 회전중심점(10)을 중심으로 이동체(500)가 회전되는 외측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 재산출 및 조정 조향하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit (400) calculates the center of rotation (10) of the moving body (500) based on the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the inner direction in which the moving body (500) rotates, and recalculates and adjusts the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the outer direction in which the moving body (500) rotates around the center of rotation (10).
제어부(400)는 4륜 조향 방식으로 이동체(500)가 회전될 때 회전되는 방향의 내측 방향에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 각도를 이용하여 회전중심점(10)을 계산할 수 있게 되는데, 이동체(500)가 우회전 하는 경우 우측전륜(120)과 우측후륜(220)의 조향각도, 좌회전하는 경우 좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)의 조향각도를 기반으로 회전중심점(10)을 산출할 수 있게 된다.The control unit (400) can calculate the center of rotation (10) using the angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the inner direction of the direction in which the moving body (500) is rotated in a four-wheel steering manner. When the moving body (500) turns right, the center of rotation (10) can be calculated based on the steering angles of the right front wheel (120) and the right rear wheel (220), and when the moving body (500) turns left, the center of rotation (10) can be calculated based on the steering angles of the left front wheel (110) and the left rear wheel (210).
회전중심점(10)이 산출되면 이동체(500)가 회전되는 외측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도가 회전중심점(10)과 일치되도록 조향각도를 조절하여 전륜(100)과 후륜(200) 4개의 바퀴가 모두 회전중심점(10)을 기반으로 회전할 수 있도록 한다.Once the center of rotation (10) is calculated, the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located on the outer side where the moving body (500) rotates are adjusted so that they match the center of rotation (10), so that all four wheels of the front wheels (100) and rear wheels (200) can rotate based on the center of rotation (10).
이때 이동체(500)가 우회전 하는 경우 좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)의 조향각도, 좌회전하는 경우 우측전륜(120)과 우측후륜(220)의 조향각도를 회전중심점(10)과 일치되도록 제어부(400)가 제어하게 된다.At this time, when the moving body (500) turns right, the steering angles of the left front wheel (110) and the left rear wheel (210) are controlled by the control unit (400) to coincide with the center of rotation (10), and when the moving body (500) turns left, the steering angles of the right front wheel (120) and the right rear wheel (220) are controlled to coincide with the center of rotation (10).
이러한 과정을 통해 전륜(100)과 후륜(200)의 4바퀴가 모두 회전중심점(10)과 일치되어 안정적으로 이동체(500)가 좌회전, 우회전, 유턴할 수 있게 된다.Through this process, all four wheels of the front wheel (100) and the rear wheel (200) are aligned with the center of rotation (10), allowing the moving body (500) to make stable left, right, and U-turns.
또한 제어부(400)는 구동부(300)에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 후륜(200)의 조향각도에 따라 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도보다 낮은 보정된 명령속도를 출력하여 이동체(500)의 주행속도를 감속시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit (400) is characterized in that, when the command speed input from the driving unit (300) is higher than the set threshold speed, the control unit (400) applies a speed compensation scaler according to the steering angle of the rear wheel (200) to output a compensated command speed that is lower than the input command speed, thereby reducing the driving speed of the moving body (500).
4륜 조향으로 이동체(500)가 좌회전, 우회전, 유턴하는 경우 2륜 조향에 비해 회전반경이 감소되기 때문에 고속으로 주행하는 도중 후륜(200)이 급격히 회전할 경우 전도 또는 슬립의 가능성이 커지게 된다.When a vehicle (500) turns left, right, or makes a U-turn using four-wheel steering, the turning radius is reduced compared to two-wheel steering, so if the rear wheels (200) turn sharply while driving at high speed, the possibility of overturning or slipping increases.
이를 방지하기 위해 제어부(400)에는 후륜(200)의 조향각도에 따라 속도를 감속할 수 있도록 속도보정 스케일러가 구비되어 있으며, 후륜(200)이 조향되어 이동체(500)가 회전될 때 운용자가 설정한 임계속도보다 구동부(300)에 의해 입력된 명령속도가 높은 경우 속도보정 스케일러를 적용하여 입력된 명령속도보다 낮은 속도로 주행하여 전도 또는 슬립이 발생되지 않도록 예방할 수 있게 된다.To prevent this, the control unit (400) is equipped with a speed compensation scaler to reduce the speed according to the steering angle of the rear wheel (200), and when the rear wheel (200) is steered and the moving body (500) rotates, if the command speed input by the driving unit (300) is higher than the critical speed set by the operator, the speed compensation scaler is applied to drive at a speed lower than the input command speed, thereby preventing overturning or slipping.
이때 속도보정 스케일러의 보정 값은 운용자가 설정할 수 있으며, 후륜(200)의 조향각도가 최대각도일 때 속도보정 스케일러의 보정 값이 최대로 적용되고, 후륜(200)의 조향각도가 중립상태인 0도인 경우에는 구동부(300)에서 입력된 명령속도가 그대로 출력되도록 제어되는 것이 바람직하다.At this time, the operator can set the correction value of the speed compensation scaler, and it is desirable to control the speed compensation scaler so that the correction value is applied to the maximum when the steering angle of the rear wheel (200) is the maximum angle, and the command speed input from the driving unit (300) is output as is when the steering angle of the rear wheel (200) is 0 degrees, which is the neutral state.
또한 제어부(400)에는 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 측정하기 위한 전륜조향각센서(410)와 후륜조향각센서(420)가 구비되어 있는 것이 바람직하며, 이를 통해 조향유닛(310)을 통해 입력된 조향각도와 전륜(100)과 후륜(200)의 실제 조향각도를 비교할 수 있게 된다.In addition, it is preferable that the control unit (400) be equipped with a front wheel steering angle sensor (410) and a rear wheel steering angle sensor (420) for measuring the steering angles of the front wheel (100) and the rear wheel (200), thereby enabling comparison between the steering angle input through the steering unit (310) and the actual steering angles of the front wheel (100) and the rear wheel (200).
또한 전륜조향각센서(410)는 좌측전륜(110)과 우측전륜(120) 각각에 형성되어 있어 개별적으로 조향각도를 측정하고, 후륜조향각센서(420)는 좌측후륜(210)과 우측후륜(220)에 각각 형성되어 있어 개별적으로 조향각도를 측정할 수 있는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the front wheel steering angle sensors (410) are formed on each of the left front wheel (110) and the right front wheel (120) so as to individually measure the steering angles, and the rear wheel steering angle sensors (420) are formed on each of the left rear wheel (210) and the right rear wheel (220) so as to individually measure the steering angles.
제어부(400)는 전륜(100)과 후륜(200)의 총 4개의 바퀴 각각의 조향각도를 파악할 수 있게 되며, 이를 통해 각각의 바퀴에 대한 조향각도를 제어부(400)가 개별적으로 제어하여 이동체(500)가 좌회전, 우회전, 유턴할 때 회전중심점(10)에 일치하도록 조향각도를 세밀하게 조절할 수 있게 된다.The control unit (400) can detect the steering angle of each of the four wheels, the front wheel (100) and the rear wheel (200), and through this, the control unit (400) can individually control the steering angle of each wheel, thereby finely adjusting the steering angle so that it matches the center of rotation (10) when the moving body (500) turns left, right, or makes a U-turn.
또한 제어부(400)에는 주행속도센서(430)가 마련되어 있어 이동체(500)의 주행속도를 확인할 수 있게 되며, 이를 통해 구동부(300)에서 입력된 명령속도에 따른 현재 이동체(500)의 주행속도가 일치되는지 확인할 수 있게 된다.In addition, the control unit (400) is provided with a driving speed sensor (430) so that the driving speed of the moving body (500) can be checked, and through this, it is possible to check whether the current driving speed of the moving body (500) matches the command speed input from the driving unit (300).
이하 세부적인 내용은 첨부된 도면과 함께 후술하기로 한다.The detailed contents will be described later with the attached drawings.
도 2는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 방법의 단계를 나타낸 순서도이다.Figure 2 is a flow chart showing the steps of a sequential steering method of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 방법은 이동체(500)의 주행방향을 제어하기 위해 구동부(300)를 통해 한 쌍으로 된 전륜(100)의 조향을 조작하기 위한 조향신호를 입력하는 조향조작단계(S10)와, 조향조작단계(S10)를 통해 입력된 조향신호를 기반으로 전륜(100)의 조향각도를 제어하는 전륜조향단계(S20)와, 전륜조향단계(S20)를 통해 전륜(100)의 조향각도가 최대각도로 조향되면 한 쌍으로 된 후륜(200)의 조향각도를 전륜(100)의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시키는 후륜조향단계(S30)와, 후륜조향단계(S30) 이후 이동체(500)가 회전되는 내측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 기반으로 이동체(500)의 회전중심점(10)을 산출하는 회전중심점 산출단계(S40)와, 회전중심점 산출단계(S40)를 통해 산출된 회전중심점(10)을 중심으로 이동체(500)가 회전되는 외측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 산출 및 조향하는 외측 조향각도 산출단계(S50)와, 외측 조향각도 산출단계(S50) 이후에 후륜(200)의 조향각도에 따라 구동부(300)에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도보다 낮은 보정된 명령속도를 출력하여 이동체(500)의 주행속도를 감속시키는 주행속도 보정단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 2, the sequential steering method of the front wheels (100) and the rear wheels (200) for stable rotation of the four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention comprises: a steering operation step (S10) for inputting a steering signal for operating the steering of a pair of front wheels (100) through a driving unit (300) to control the driving direction of the mobile body (500); a front wheel steering step (S20) for controlling the steering angle of the front wheels (100) based on the steering signal input through the steering operation step (S10); a rear wheel steering step (S30) for changing the steering angle of the pair of rear wheels (200) to the opposite direction to the steering angle of the front wheels (100) when the steering angle of the front wheels (100) is steered to the maximum angle through the front wheel steering step (S20); and after the rear wheel steering step (S30), The invention is characterized by including a rotation center point calculation step (S40) for calculating a rotation center point (10) of a moving body (500) based on the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the inner direction in which the moving body (500) rotates, an outer steering angle calculation step (S50) for calculating and steering the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the outer direction in which the moving body (500) rotates around the rotation center point (10) calculated through the rotation center point calculation step (S40), and a driving speed correction step (S60) for reducing the driving speed of the moving body (500) by applying a speed correction scaler to output a corrected command speed that is lower than the input command speed when the command speed input from the driving unit (300) according to the steering angle of the rear wheels (200) is higher than a set threshold speed after the outer steering angle calculation step (S50).
조향조작단계(S10)는 구동부(300)에 형성된 조향유닛(310)을 이용하여 전륜(100)의 조향각도를 제어하기 위한 단계이며, 한 쌍으로 된 전륜(100)은 동일한 각도로 조향되면서 이동체(500)의 주행방향을 제어할 수 있게 된다.The steering operation step (S10) is a step for controlling the steering angle of the front wheel (100) by using the steering unit (310) formed in the driving unit (300), and the pair of front wheels (100) can control the driving direction of the moving body (500) while being steered at the same angle.
전륜조향단계(S20)는 제어부(400)가 조향유닛(310)의 스티어링 휠 또는 조이스틱을 통해 입력된 조향신호를 전송받아, 전륜(100)의 조향각도를 입력된 조향신호에 맞게 제어하는 단계이다.The front wheel steering stage (S20) is a stage in which the control unit (400) receives a steering signal input through the steering wheel or joystick of the steering unit (310) and controls the steering angle of the front wheel (100) to match the input steering signal.
이때 전륜(100)의 조향각도가 최대각도가 아닌 경우에는 2륜 조향 방식으로 주행되게 되며, 전륜(100)의 조향각도가 최대각도가 되는 경우 4륜 조향방식으로 전환될 수 있게 된다.At this time, if the steering angle of the front wheel (100) is not the maximum angle, the vehicle is driven in a two-wheel steering mode, and if the steering angle of the front wheel (100) is the maximum angle, the vehicle can be switched to a four-wheel steering mode.
후륜조향단계(S30)는 조향조작단계(S10)에서 전륜(100)이 죄측 또는 우측 방향으로 최대각도로 조향되면 제어부(400)가 후륜(200)의 조향각도를 전륜(100)의 반대방향으로 최대각도로 변경하여 4륜 조향 방식으로 전환시키기 위한 단계이다.The rear wheel steering stage (S30) is a stage in which, when the front wheel (100) is steered to the left or right at the maximum angle in the steering operation stage (S10), the control unit (400) changes the steering angle of the rear wheel (200) to the maximum angle in the opposite direction of the front wheel (100) to convert to a four-wheel steering mode.
제어부(400)는 4륜 조향 방식으로 변경되면 구동부(300)의 조향유닛(310)을 조작하면 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 동시에 제어할 수 있게 되며, 후륜(200)의 조향각도가 중립상태인 0도에 도달하면 제어부(400)는 2륜 조향 방식으로 변경되도록 하여 조향유닛(310)의 조작에 따라 전륜(100)만 제어되도록 변경하는 것이 바람직하다.When the control unit (400) is changed to a four-wheel steering mode, the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) can be controlled simultaneously by operating the steering unit (310) of the driving unit (300). When the steering angle of the rear wheels (200) reaches 0 degrees, which is a neutral state, it is preferable that the control unit (400) be changed to a two-wheel steering mode so that only the front wheels (100) are controlled by operating the steering unit (310).
회전중심점 산출단계(S40)는 전륜(100)이 좌측 또는 우측 방향으로 최대각도로 조향되었을 때 후륜(200)의 조향각도가 전륜(100)의 반대방향으로 최대각도로 조향되도록 된 상태에서 이동체(500)의 회전반경을 산출하기 위한 단계이다.The rotation center point calculation step (S40) is a step for calculating the rotation radius of the moving body (500) in a state where the steering angle of the rear wheel (200) is steered to the maximum angle in the opposite direction of the front wheel (100) when the front wheel (100) is steered to the maximum angle in the left or right direction.
여기서 회전중심점(10)은 이동체(500)가 회전되는 내측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 기반으로 수직하게 연장되는 선이 겹쳐지는 부위를 의미하며, 회전중심점(10)을 통해 이동체(500)가 회전되는 회전중심점(10)을 좌표점을 파악할 수 있게 된다.Here, the center of rotation (10) means the area where vertically extended lines based on the steering angles of the front wheel (100) and the rear wheel (200) located in the inner direction in which the moving body (500) rotates overlap, and the center of rotation (10) around which the moving body (500) rotates can be identified as a coordinate point through the center of rotation (10).
이때 제어부(400)는 회전중심점(10)을 산출할 때 이동체(500)가 좌회전하는 경우 좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)을 이용하고, 우회전하는 경우 우측전륜(120)과 우측후륜(220)을 이용하게 된다.At this time, when calculating the center of rotation (10), the control unit (400) uses the left front wheel (110) and the left rear wheel (210) when the moving body (500) turns left, and uses the right front wheel (120) and the right rear wheel (220) when turning right.
즉, 이동체(500)가 회전되는 방향의 내측 방향에 위치된 전륜(100)과 후륜(200)을 이용하여 회전중심점(10)을 산출하게 된다.That is, the center of rotation (10) is calculated using the front wheel (100) and the rear wheel (200) located in the inner direction of the direction in which the moving body (500) rotates.
외측 조향각도 산출단계(S50)는 제어부(400)가 이동체(500)가 회전되는 외측 방면에 위치한 전륜(100)과 후륜(200)의 조향각도를 회전중심점(10)을 기준으로 조향각도를 재산출하여, 개별적으로 조향각도를 조정하기 위한 단계로, 4개의 바퀴가 회전중심점(10)을 중심으로 동시에 회전될 수 있도록 정밀하게 제어할 수 있게 된다.The outer steering angle calculation step (S50) is a step in which the control unit (400) recalculates the steering angles of the front wheels (100) and rear wheels (200) located in the outer direction in which the moving body (500) rotates, based on the center of rotation (10), and individually adjusts the steering angles. This enables precise control so that the four wheels can rotate simultaneously around the center of rotation (10).
외측 조향각도 산출단계(S50)를 통해 4륜 조향 방식으로 이동체(500)가 회전될 때 회전중심점(10)을 기준으로 안정적으로 회전이 가능하므로 주행 중 발생되는 진동이나 울렁이는 증상없이 부드럽게 회전될 수 있게 된다.When a moving body (500) is rotated in a four-wheel steering manner through the outer steering angle calculation step (S50), it can rotate stably with respect to the center of rotation (10), so it can rotate smoothly without any vibration or shaking occurring during driving.
주행속도 보정단계(S60)는 후륜(200)의 조향각도에 따라 구동부(300)에서 입력되는 명령속도를 감속시켜 이동체(500)가 전도 또는 슬립이 발생되지 않도록 방지하기 위해 사용되는 단계이다.The driving speed compensation step (S60) is a step used to prevent the moving body (500) from falling or slipping by reducing the command speed input from the driving unit (300) according to the steering angle of the rear wheel (200).
주행속도를 보정하기 위해 제어부(400)는 후륜(200)의 조향각도에 따라 속도를 감속시키기 위한 기준속도가 되는 임계속도를 설정할 수 있으며, 임계속도를 기반으로 주행유닛(320)을 통해 입력되는 명령속도가 높은 경우 제어부(400)가 입력속도에 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도 대비 출력되는 속도를 감속시킬 수 있게 된다.In order to compensate for the driving speed, the control unit (400) can set a critical speed that serves as a reference speed for reducing the speed according to the steering angle of the rear wheel (200), and if the command speed input through the driving unit (320) is high based on the critical speed, the control unit (400) can apply a speed compensation scaler to the input speed to reduce the output speed compared to the input command speed.
이때 속도보정 스케일러는 후륜(200)의 조향각도가 중립상태인 0도인 경우 입력되는 명령속도 그대로 출력되도록 하고, 조향각도가 가변될 때 후륜(200)의 조향각도에 맞춰 점짐적으로 속도보정 스케일러의 보정 값이 가변되면서 입력되는 명력속도 대비 출력되는 속도가 감소되도록 설정할 수 있게 된다.At this time, the speed compensation scaler can be set to output the input command speed as it is when the steering angle of the rear wheel (200) is 0 degrees, which is the neutral state, and when the steering angle changes, the compensation value of the speed compensation scaler can be gradually changed according to the steering angle of the rear wheel (200), so that the output speed decreases compared to the input command speed.
운용자는 속도보정 스케일러가 후륜(200)의 조향각도가 최대일 때 적용되는 최소값과, 속도보정 스케일러가 적용되는 임계속도를 제어부(400)를 통해 직접 설정할 수 있는 것이 바람직하다.It is desirable for the operator to be able to directly set the minimum value at which the speed compensation scaler is applied when the steering angle of the rear wheel (200) is maximum and the critical speed at which the speed compensation scaler is applied through the control unit (400).
이하 각 단계별로 세부적으로 회전중심점(10)을 산출하고, 외측 조향각도를 산출하며, 주행속도를 보정하는 내용을 첨부된 도면을 통해 설명하기로 한다.Below, the details of calculating the center of rotation (10) for each step, calculating the outer steering angle, and correcting the driving speed will be explained through the attached drawings.
도 3은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 바퀴 위치를 2차원 좌표계에 표시한 도면이다.FIG. 3 is a drawing showing wheel positions in a two-dimensional coordinate system in a sequential steering system and method of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법은 운용자가 스티어링 휠 또는 조이스틱으로 된 조향유닛(310)을 이용하여 조향을 할 경우 목표 조향값의 범위를 수학식 1과 같이 변환한다.As illustrated in FIG. 3, the sequential steering system and method of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention converts the range of target steering values as in mathematical expression 1 when an operator steers using a steering unit (310) formed of a steering wheel or joystick.
(θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)(θ max : mechanical maximum steering angle, θ J : target steering angle input to the driving unit)
도 3과 같이 이동체(500)에 형성된 전륜(100) 또는 후륜(200)의 회전축 간 폭(W)과, 전륜(100)과 후륜(200) 사이의 길이(L)로 각각의 바퀴 위치를 2차원 평면 좌표에 원점을 중심으로 배치함으로써 2차원 평면 좌표에 배치된 각 바퀴는 고유 좌표를 가질 수 있게 된다.As shown in Fig. 3, by arranging the position of each wheel on a two-dimensional plane coordinate with the origin as the center by the width (W) between the rotation axes of the front wheel (100) or the rear wheel (200) formed on the moving body (500) and the length (L) between the front wheel (100) and the rear wheel (200), each wheel arranged on the two-dimensional plane coordinate can have its own unique coordinate.
이때 기계적 최대 조향각도는 스티어링 휠 또는 조이스틱을 좌측 또는 우측으로 조작했을 때 바퀴가 조향될 수 있는 최대 각도를 의미하며, 입력되는 조향의 방향의 좌측과 우측을 구분하기 위하 플러스와 마이너스로 표현한 것이다.At this time, the mechanical maximum steering angle refers to the maximum angle at which the wheels can be steered when the steering wheel or joystick is operated to the left or right, and is expressed as plus and minus to distinguish between the left and right of the input steering direction.
도 4는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 우회전을 위해 전륜(100)을 조향한 상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 우회전을 위해 후륜(200)을 조향한 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a drawing showing a state in which the front wheel (100) is steered for a right turn in a sequential steering system and method of the front wheel (100) and rear wheel (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention, and FIG. 5 is a drawing showing a state in which the rear wheel (200) is steered for a right turn in a sequential steering system and method of the front wheel (100) and rear wheel (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법의 회전중심점 산출단계(S40)에서 회전중심점(10)(Px, Py)은 아래의 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 4 and 5, in the rotation center point calculation step (S40) of the sequential steering system of the front wheels (100) and the rear wheels (200) for stable rotation of the four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention and the method thereof, the rotation center point (10) (P x, P y ) is characterized by being calculated using the following mathematical expressions 3 and 4.
이동체(500)가 우측으로 조향할 경우 수학식 2를 이용하여 우측전륜(120)과 우측후륜(220)의 조향각도가 계산될 수 있게 되며, 우측전륜(120)이 최대각도로 조향된 이후에 우측후륜(220)의 조향각도가 조향된다.When the moving body (500) steers to the right, the steering angles of the right front wheel (120) and the right rear wheel (220) can be calculated using mathematical expression 2, and after the right front wheel (120) is steered to the maximum angle, the steering angle of the right rear wheel (220) is steered.
(θFR : 우측전륜 조향각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도, θBR : 우측후륜 조향각도, θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)(θ FR : right front wheel steering angle, θ J : target steering angle input to the drive unit, θ BR : right rear wheel steering angle, θ max : mechanical maximum steering angle, θ J : target steering angle input to the drive unit)
도 3에 기재된 각 바퀴의 회전축 좌표 값과, 우측전륜(120) 및 우측후륜(220) 조향각도를 이용해 4바퀴의 공통의 회전 중심점 좌표(Px, Py)를 수학식 3 및 수학식 4를 통해 구한다.Using the rotation axis coordinate values of each wheel described in Fig. 3 and the steering angles of the right front wheel (120) and the right rear wheel (220), the common rotation center point coordinates (P x, P y ) of the four wheels are obtained using mathematical expressions 3 and 4.
(Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, θFR : 우측전륜 조향각도, θBR : 우측후륜 조향각도)(P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels, θ FR : right front wheel steering angle, θ BR : right rear wheel steering angle)
(Py : 회전중심점의 y축 좌표, θFR : 우측전륜 조향각도, Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이)(P y : y-axis coordinate of the center of rotation, θ FR : right front wheel steering angle, P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels)
여기서 우측전륜(120) 조향각도와 우측후륜(220) 조향각도는 이동체(500)가 우회전할 때 회전되는 회전반경의 내측에 위치되는 것이므로, 이동체(500)의 회전방향 내측에 위치한 전륜(100) 또는 후륜(200)의 조향각도로 명명할 수 있다.Here, the steering angle of the right front wheel (120) and the steering angle of the right rear wheel (220) are located on the inner side of the turning radius in which the moving body (500) turns right, and therefore, they can be named as the steering angle of the front wheel (100) or the rear wheel (200) located on the inner side of the turning direction of the moving body (500).
또한 외측 조향각도 산출단계(S50)에서 조향각도는 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the outer steering angle calculation step (S50), the steering angle is calculated using mathematical expressions 5 and 6.
좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)은 각 바퀴의 좌표 값과, 4바퀴의 공통되는 회전중심점(10) 좌표 값을 이용해 각 바퀴가 공통의 점을 기준으로 회전하는 각도를 구해 출력한다.The left front wheel (110) and the left rear wheel (210) use the coordinate values of each wheel and the coordinate values of the common center of rotation point (10) of the four wheels to obtain and output the angle at which each wheel rotates based on the common point.
(θFL : 좌측전륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ FL : left front wheel steering angle, L: length between front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of rotation center point, W: width between rotation axes of front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of rotation center point)
(θBL : 좌측후륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ BL : left rear wheel steering angle, L: length between front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
여기서 좌측전륜(110) 조향각도와 좌측후륜(210) 조향각도는 이동체(500)가 우회전할 때 회전되는 회전반경의 외측에 위치되는 것이므로, 이동체(500)의 회전방향 외측에 위치한 전륜(100) 또는 후륜(200)의 조향각도로 적용해도 무방하다.Here, the steering angle of the left front wheel (110) and the steering angle of the left rear wheel (210) are located outside the turning radius when the moving body (500) turns right, so it may be applied as the steering angle of the front wheel (100) or the rear wheel (200) located outside the turning direction of the moving body (500).
도 6은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 좌회전을 위해 전륜(100)을 조향한 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향시스템 및 방법에서 좌회전을 위해 후륜(200)을 조향한 상태를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a drawing showing a state in which the front wheel (100) is steered for a left turn in a sequential steering system and method of the front wheel (100) and rear wheel (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention, and FIG. 7 is a drawing showing a state in which the rear wheel (200) is steered for a left turn in a sequential steering system and method of the front wheel (100) and rear wheel (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 이동체(500)가 좌측으로 조향하는 경우 아래의 수학식 7과 같이 좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)의 조향각도가 계산될 수 있게 되며, 좌측전륜(110)이 최대각도로 조향된 이후에 좌측후륜(210)의 조향각도가 조향된다.As shown in FIGS. 6 and 7, in the sequential steering system and method of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention, when the mobile body (500) steers to the left, the steering angles of the left front wheel (110) and the left rear wheel (210) can be calculated as in the following mathematical expression 7, and after the left front wheel (110) is steered to the maximum angle, the steering angle of the left rear wheel (210) is steered.
(θFL : 좌측전륜 조향각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도, θBL : 좌측후륜 조향각도, θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)(θ FL : left front wheel steering angle, θ J : target steering angle input to the drive unit, θ BL : left rear wheel steering angle, θ max : mechanical maximum steering angle, θ J : target steering angle input to the drive unit)
도 3에 기재된 각 바퀴의 회전축 좌표 값과, 우측전륜(120) 및 우측후륜(220) 조향각도를 이용해 4바퀴의 공통의 회전 중심점 좌표(Px, Py)를 수학식 8 및 수학식 9를 통해 구한다.Using the rotation axis coordinate values of each wheel described in Fig. 3 and the steering angles of the right front wheel (120) and the right rear wheel (220), the common rotation center point coordinates (P x, P y ) of the four wheels are obtained using mathematical expressions 8 and 9.
(Px : 회전중심점(10)의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, θFL : 좌측전륜 조향각도, θBL : 좌측후륜 조향각도)(P x : x-axis coordinate of the center of rotation (10), W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels, θ FL : left front wheel steering angle, θ BL : left rear wheel steering angle)
(Py : 회전중심점의 y축 좌표, θFL : 좌측전륜 조향각도, Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이)(P y : y-axis coordinate of the center of rotation, θ FL : left front wheel steering angle, P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels)
여기서 좌측전륜(110) 조향각도와 좌측후륜(210) 조향각도는 이동체(500)가 좌회전할 때 회전되는 회전반경의 내측에 위치되는 것이므로, 이동체(500)의 회전방향 내측에 위치한 전륜(100) 또는 후륜(200)의 조향각도로 명명할 수 있다.Here, the steering angle of the left front wheel (110) and the steering angle of the left rear wheel (210) are located on the inner side of the turning radius around which the moving body (500) turns when turning left, and therefore can be named as the steering angle of the front wheel (100) or the rear wheel (200) located on the inner side of the turning direction of the moving body (500).
좌측전륜(110)과 좌측후륜(210)은 각 바퀴의 좌표 값과, 4바퀴의 공통되는 회전중심점(10) 좌표 값을 이용해 각 바퀴가 공통의 점을 기준으로 회전하는 각도를 수학식 10 및 수학식 11을 통해 출력한다.The left front wheel (110) and the left rear wheel (210) use the coordinate values of each wheel and the coordinate values of the common center of rotation point (10) of the four wheels to output the angle at which each wheel rotates based on the common point using mathematical expressions 10 and 11.
(θFR : 우측전륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ FR : right front wheel steering angle, L: length between front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
(θBR : 우측후륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)(θ BR : right rear wheel steering angle, L: length between front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
여기서 우측전륜(120) 조향각도와 우측후륜(220) 조향각도는 이동체(500)가 좌회전할 때 회전되는 회전반경의 외측에 위치되는 것이므로, 이동체(500)의 회전방향 외측에 위치한 전륜(100) 또는 후륜(200)의 조향각도로 적용해도 무방하다.Here, the steering angle of the right front wheel (120) and the steering angle of the right rear wheel (220) are located outside the turning radius of the moving body (500) when turning left, so it may be applied as the steering angle of the front wheel (100) or the rear wheel (200) located outside the turning direction of the moving body (500).
도 8은 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 후륜(200) 조향에 따른 속도 보정 값의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법에서 후륜(200) 조향에 따라 속도가 감속되는 모습을 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a change in a speed compensation value according to rear wheel (200) steering in a sequential steering system and method of front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention, and FIG. 9 is a graph showing a speed reduction according to rear wheel (200) steering in a sequential steering system and method of front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of a four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체(500)의 안정적 회전을 위한 전륜(100)과 후륜(200)의 순차 조향 시스템 및 그 방법의 주행속도 보정단계(S60)에서 후륜(200)의 조향각도는 이동체(500)의 회전방향 내측에 위치한 후륜(200)의 조향각도를 기준으로 주행속도가 보정되는 것을 특징으로 한다.As illustrated in FIGS. 8 and 9, in the driving speed correction step (S60) of the sequential steering system of the front wheels (100) and rear wheels (200) for stable rotation of the four-wheel steering mobile body (500) according to the present invention and the method thereof, the steering angle of the rear wheels (200) is characterized in that the driving speed is corrected based on the steering angle of the rear wheels (200) located inside the rotation direction of the mobile body (500).
또한 주행속도 보정단계(S60)에서 속도보정 스케일러는 아래의 수학식 12에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the driving speed compensation step (S60), the speed compensation scaler is characterized by being determined by the following mathematical expression 12.
4륜 조향 이동체(500)가 빠른 속도로 이동 중 후륜(200)이 급격히 회전할 경우 전도 또는 슬립 가능성이 커져 안정성이 낮아지게 되므로, 구동부(300)에 의해 입력되는 명령속도의 크기가 임계 속도 보다 높을 경우 후륜(200) 조향각도의 크기에 따라 속도보정 스케일러를 조절하여 명령 속도를 낮은 값으로 보정한다.When the rear wheel (200) of a four-wheel steering vehicle (500) moves at high speed and the rear wheel (200) rotates rapidly, the possibility of overturning or slipping increases, thereby reducing stability. Therefore, when the size of the command speed input by the driving unit (300) is higher than the critical speed, the speed compensation scaler is adjusted according to the size of the steering angle of the rear wheel (200) to compensate the command speed to a lower value.
이때, 후륜(200) 조향각도는 우회전할 경우 우측후륜(220)의 조향각도를 사용하고, 좌회전할 경우 좌측후륜(210) 조향각도를 사용한다.At this time, the steering angle of the rear wheel (200) is used when turning right, the steering angle of the right rear wheel (220), and when turning left, the steering angle of the left rear wheel (210) is used.
즉, 이동체(500)가 회전되는 회전방향의 내측에 위치한 후륜(200)의 조향각도를 이용한다.That is, the steering angle of the rear wheel (200) located on the inner side of the rotation direction in which the moving body (500) rotates is used.
(S : 속도보정 스케일러, Smin : 속도보정 스케일러의 최소값, θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θB : 이동체의 회전방향의 내측에 위치한 후륜 조향각도, θBR : 우측후륜 조향각도, θBL : 좌측후륜(210) 조향각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)(S: speed compensation scaler, S min : minimum value of speed compensation scaler, θ max : maximum mechanically steerable angle, θ B : steering angle of rear wheel located inside the rotation direction of the moving body, θ BR : steering angle of right rear wheel, θ BL : steering angle of left rear wheel (210), θ J : target steering angle input to the driving unit)
이때 속도보정 스케일러는 제어부(400)를 통해 최소값을 설정할 수 있도록 형성되어 있는데, 최소값은 후륜(200)이 최대각도로 조향되었을 때 주행속도가 최대로 감속시키기 위한 보정값을 의미한다.At this time, the speed compensation scaler is configured to be able to set a minimum value through the control unit (400), and the minimum value means a compensation value for reducing the driving speed to the maximum when the rear wheel (200) is steered at the maximum angle.
또한 주행속도 보정단계(S60)에서 보정된 명령속도는 아래의 수학식 13에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.In addition, the command speed corrected in the driving speed correction step (S60) is characterized by being determined by the following mathematical expression 13.
(VC : 보정된 명령속도, VIN : 구동부에서 입력된 명령속도, Vt bwd : 후진 시의 속도 임계속도, Vt fwd : 전진 시의 임계속도, S : 속도보정 스케일러)(V C : compensated command speed, V IN : command speed input from the drive unit, V t bwd : critical speed when moving backward, V t fwd : critical speed when moving forward, S: speed compensation scaler)
이동체(500)는 주행 상황에 따라 전진 또는 후진할 수 있으며, 이로인해 4륜 조향 방식으로 전환되었을 때 전진과 후륜의 임계속도를 각각 설정할 필요가 있다.The moving body (500) can move forward or backward depending on the driving situation, and therefore, when switching to a four-wheel steering mode, it is necessary to set the critical speeds of the forward and rear wheels respectively.
이때 Vt fwd는 전진 시의 임계속도 값이므로 0보다 큰 양수이고, Vt bwd는 후진 시의 임계속도 값이므로 0보다 작은 음수로 설정된다.At this time, V t fwd is the critical speed value when moving forward, so it is a positive number greater than 0, and V t bwd is the critical speed value when moving backward, so it is set to a negative number less than 0.
수학식 13의 첫 번째 조건과 같이 구동부에서 입력된 명령속도가 전진 시의 임계속도보다 작고, 후진 시의 임계속도 보다 높은 경우 입력되는 명령속도 그대로 출력되도록 구동부를 제어하게 된다.As in the first condition of mathematical expression 13, if the command speed input from the driving unit is less than the critical speed when moving forward and higher than the critical speed when moving backward, the driving unit is controlled so that the input command speed is output as is.
즉, 속도보정 스케일러를 사용하지 않고 입력된 명령속도를 보정된 명령속도로 사용하는 것이다.That is, the input command speed is used as the compensated command speed without using a speed compensation scaler.
수학식 13의 두 번째 조건과 같이, 이동체(500)가 전진하고 있을 때 입력된 명령속도가 전진 시의 임계속도 이상인 경우, 입력된 명령속도의 크기가 높은 것으로 간주하여 속도보정 스케일링을 적용하여 입력된 명령속도의 크기를 낮춘 보정된 명령속도를 출력하게 된다.As in the second condition of mathematical expression 13, when the input command speed is higher than the critical speed when the moving body (500) is moving forward, the size of the input command speed is considered to be high, so speed compensation scaling is applied to output a corrected command speed with the size of the input command speed lowered.
수학식 13의 세 번째 조건과 같이, 이동체(500)가 후진하고 있을 때 입력된 명령속도가 후진 시의 임계속도보다 이하인 경우, 입력되는 명령속도의 크기가 높은 것으로 간주하여 속도보정 스케일링을 적용하여 입력된 명령속도의 크기를 낮춘 보정된 명령속도를 출력하게 된다.As in the third condition of mathematical expression 13, when the input command speed is lower than the critical speed when the moving body (500) is moving backwards, the size of the input command speed is considered to be high, so speed compensation scaling is applied to output a corrected command speed that reduces the size of the input command speed.
이를 정리하면 도 9와 같이 나타낼 수 있으며, 입력되는 명령속도의 범위는 -1~1이라 가정하고, 속도보정 스케일링(S)는 0.2, 후진 시의 임계속도(Vt bwd)는 -0.3, 전진 시의 임계속도(Vt fwd)는 0.5로 설정한 것을 일예로 나타내었다.To summarize, this can be expressed as in Fig. 9. Assuming that the range of the input command speed is -1 to 1, the speed correction scaling (S) is set to 0.2, the critical speed when moving backward (V t bwd ) is set to -0.3, and the critical speed when moving forward (V t fwd ) is set to 0.5, as an example.
보정된 명령속도(VC)의 경우 0을 기준으로 양수면 전진, 음수면 후진을 의미하며, 후진의 경우 마이너스 값이 증가될수록 후진 속도가 증가되는 것을 의미한다.For the compensated command speed (V C ), a positive value means forward movement and a negative value means backward movement based on 0. In the case of backward movement, an increase in the negative value means that the backward speed increases.
도 9에서 B구간은 구동부(300)에서 입력되는 명령속도(VIN)가 후진 시의 임계속도(Vt bwd) 보다 크고, 전진 시의 임계속도(Vt fwd) 보다 낮은 상태이므로, 제어부(400)는 구동부(300)에서 입력되는 명령속도(VIN)의 보정없이 보정된 명령속도(VC)로 출력하게 된다.In section B of FIG. 9, the command speed (V IN ) input from the driving unit (300) is greater than the critical speed (V t bwd ) when moving backward and lower than the critical speed (V t fwd ) when moving forward, so the control unit (400) outputs the corrected command speed (V C ) without compensating the command speed (V IN ) input from the driving unit (300).
A구간은 이동체(500)가 후진할 때 입력되는 명령속도(VIN)가 후진 시의 임계속도(Vt bwd) 이하인 상태이며, 이때 후진 시의 임계속도(Vt bwd)가 음수를 기준으로 하고 있으므로, 입력되는 명령속도(VIN)가 후진 시의 임계속도(Vt bwd) 이하라는 의미는 이동체(500)가 후진될 때 입력되는 명령속도(VIN)가 후진 시의 임계속도(Vt bwd)를 넘어서 고속으로 후진되고 있는 상태를 의미한다.Section A is a state in which the command speed (V IN ) input when the moving body (500) moves backward is lower than or equal to the critical speed (V t bwd ) when moving backward. At this time, since the critical speed (V t bwd ) when moving backward is based on a negative number, the meaning that the command speed (V IN ) input is lower than or equal to the critical speed (V t bwd ) when moving backward means that the command speed (V IN ) input when the moving body (500) moves backward exceeds the critical speed (V t bwd ) when moving backward at high speed.
A구간에서 입력되는 명령속도(VIN)가 후진 시의 임계속도(Vt bwd) 이하인 경우 후진으로 고속주행을 하고 있는 상태이므로, 제어부(400)는 구동부(300)에서 입력되는 명령속도(VIN)에 보정속도 스케일러를 적용하여 출력되는 보정된 명령속도(VC)가 낮은 값을 가지도록 하여 이동체(500)의 후진 속도를 감속시킬 수 있게 된다.If the command speed (V IN ) input in section A is lower than or equal to the critical speed (V t bwd ) when moving backward, the vehicle is moving backward at high speed. Therefore, the control unit (400) applies a correction speed scaler to the command speed (V IN ) input from the driving unit (300) so that the output corrected command speed (V C ) has a low value, thereby reducing the backward speed of the moving body (500).
즉, 운용자가 입력되는 명령속도(VIN)를 입력하더라도 보정속도 스케일러를 통해 입력되는 명령속도(VIN)보다 낮은 값의 감속된 상태의 보정된 명령속도(VC)가 출력될 수 있게 된다.That is, even if the operator inputs the command speed (V IN ), a compensated command speed (V C ) in a reduced state with a lower value than the command speed (V IN ) input through the compensation speed scaler can be output.
C구간은 이동체(500)가 전진할 때 입력되는 명령속도(VIN)가 전진 시의 임계속도(Vt fwd) 이상으로 전진 고속주행을 하고 있는 상태이며, 제어부(400)는 구동부(300)에서 입력되는 명령속도(VIN)에 보정속도 스케일러를 적용하여 출력되는 보정된 명령속도(VC)가 낮은 값을 가지도록 하여 이동체(500)의 전진 속도를 감속시킬 수 있게 된다.Section C is a state in which the moving body (500) is moving forward at a high speed forward at a command speed (V IN ) exceeding the critical speed (V t fwd ) when moving forward, and the control unit (400) applies a correction speed scaler to the command speed (V IN ) input from the driving unit (300) so that the output corrected command speed (V C ) has a low value, thereby reducing the forward speed of the moving body (500).
즉, 운용자가 입력되는 명령속도(VIN)를 입력하더라도 보정속도 스케일러를 통해 입력되는 명령속도(VIN)보다 낮은 값의 감속된 상태의 보정된 명령속도(VC)가 출력될 수 있게 된다.That is, even if the operator inputs the command speed (V IN ), a compensated command speed (V C ) in a reduced state with a lower value than the command speed (V IN ) input through the compensation speed scaler can be output.
또한 속도보정 스케일러는 후륜(200)의 조향각도가 커질수록 점진적으로 가변되므로 후륜(200)의 조향각도가 증가될 수록 속도보정 스케일러의 보정 값도 함께 증가되면서 입력되는 명령속도 대비 보정되는 명령속도의 값이 더 낮아질 수 있게 된다.In addition, since the speed compensation scaler gradually changes as the steering angle of the rear wheel (200) increases, as the steering angle of the rear wheel (200) increases, the correction value of the speed compensation scaler also increases, so that the value of the command speed to be corrected can become lower than the input command speed.
이를 통해 4륜 조향 방식으로 이동체(500)가 고속으로 이동시키며 회전할 때 후륜(200) 조향각도에 따라 입력되는 명령속도가 낮은 값으로 스케일링 되어 이동체(500)가 안정적으로 회전할 수 있게 된다.Through this, when the moving body (500) moves at high speed and turns in a four-wheel steering manner, the command speed input according to the rear wheel (200) steering angle is scaled to a low value, so that the moving body (500) can turn stably.
결과적으로 전륜(100)이 최대 각도로 조향 된 후 후륜(200)이 조향 되어 전륜(100) 조향에 익숙한 운용자가 이동체(500)의 진행 방향 예측과 제어가 수월하며, 후륜(200)이 급격하게 조향 되지 않아서 안정적인 주행이 가능하게 된다.As a result, after the front wheel (100) is steered to the maximum angle, the rear wheel (200) is steered, so that an operator who is familiar with steering the front wheel (100) can easily predict and control the direction of travel of the vehicle (500), and stable driving is possible because the rear wheel (200) is not steered abruptly.
또한 전륜(100)을 우선으로 사용하기 때문에 후륜(200) 조향 장치나 타이어 등을 내구성이 더 낮거나 저렴함 제품을 이용하는 등으로 변경할 수 있고, 후륜(200) 조향각에 비례해 이동체(500)의 차속이 감소해 빠른 속도로 이동하거나 무거운 화물을 적재했을 때도 전도되지 않고 안정적인 회전이 가능하게 된다.In addition, since the front wheel (100) is used first, the rear wheel (200) steering device or tires can be changed to use less durable or cheaper products, and the vehicle speed of the moving body (500) is reduced in proportion to the rear wheel (200) steering angle, so that it can rotate stably without falling over even when moving at high speed or when loading heavy cargo.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템 및 그 방법에 의하면, 운용자가 스티어링 휠 또는 조이스틱을 이용하여 안정적이고 정밀하게 4륜 조향 이동체를 운용할 수 있고, 운용자가 종래의 2륜 조향 이동체의 조향 감각을 기반으로 4륜 조향 이동체의 조향이 가능하여 진행 방향 예측과 제어가 수월하며, 고속에서의 회전 시 운용자의 별도 조작 없이 현재 속도가 감소해 안정적으로 회전되도록 유도할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the sequential steering system of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle according to the present invention and the method therefor, an operator can operate a four-wheel steering vehicle stably and precisely using a steering wheel or a joystick, and the operator can steer the four-wheel steering vehicle based on the steering feel of a conventional two-wheel steering vehicle, making it easy to predict and control the direction of travel, and when rotating at high speed, the current speed can be reduced to induce stable rotation without a separate operation of the operator.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications or variations may be made to the present invention without departing from the technical idea and scope described in the claims of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be interpreted by the claims, which are described to include such numerous examples of modifications.
10 : 회전중심점 100 : 전륜
110 : 좌측전륜 120 : 우측전륜
200 : 후륜 210 : 좌측후륜
220 : 우측후륜 300 : 구동부
310 : 조향유닛 320 : 주행유닛
400 : 제어부 410 : 전륜조향각센서
420 : 후륜조향각센서 430 : 주행속도센서
500 : 이동체
S10 : 조향조작단계 S20 : 전륜조향단계
S30 : 후륜조향단계 S40 : 회전중심점 산출단계
S50 : 외측 조향각도 산출단계 S60 : 주행속도 보정단계10: Center of rotation 100: Front wheel
110: Left front wheel 120: Right front wheel
200 : Rear wheel 210 : Left rear wheel
220 : Right rear wheel 300 : Drive unit
310: Steering unit 320: Driving unit
400: Control unit 410: Front wheel steering angle sensor
420: Rear wheel steering angle sensor 430: Driving speed sensor
500 : Mobile
S10: Steering operation stage S20: Front wheel steering stage
S30: Rear wheel steering stage S40: Rotation center point calculation stage
S50: Outer steering angle calculation step S60: Driving speed correction step
Claims (11)
상기 이동체의 전면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 전륜과;
상기 이동체의 후면 하부 양측에 각각 형성되어 회전과 조향각도 조절을 통해 상기 이동체를 이동시키는 후륜과;
상기 이동체에 형성되어 상기 전륜 또는 상기 후륜에 구동력을 제공하고 상기 전륜의 조향을 제어할 수 있도록 형성되는 구동부와;
상기 이동체에 형성되어 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 조향되면 상기 후륜의 조향각도를 상기 전륜의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시켜 상기 이동체의 회전 중심점을 조절하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는
상기 이동체가 회전되는 내측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 기반으로 상기 이동체의 회전중심점을 산출하고,
상기 회전중심점을 중심으로 상기 이동체가 회전되는 외측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 재산출 및 조정하는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템.
With moving objects;
Front wheels formed on each side of the front lower portion of the above-mentioned mobile body and configured to move the above-mentioned mobile body by adjusting rotation and steering angle;
A rear wheel formed on each side of the lower rear surface of the above-mentioned mobile body and configured to move the above-mentioned mobile body by adjusting rotation and steering angle;
A driving unit formed on the above-mentioned moving body to provide driving force to the front wheel or the rear wheel and control the steering of the front wheel;
A control unit formed on the above-mentioned moving body and configured to adjust the center of rotation of the moving body by changing the steering angle of the rear wheel in the opposite direction to the steering angle of the front wheel when the steering angle of the front wheel is steered to the maximum angle;
The above control unit
The center of rotation of the moving body is calculated based on the steering angles of the front and rear wheels located in the inner direction where the moving body rotates,
It is characterized by recalculating and adjusting the steering angles of the front wheels and the rear wheels located in the outer direction in which the moving body rotates around the center of rotation.
A sequential steering system for the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 제어부는
상기 구동부에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 상기 후륜의 조향각도에 따라 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도를 대비 상기 이동체의 주행속도를 감속시키는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템.
In paragraph 1,
The above control unit
The driving speed of the moving body is characterized in that, when the command speed input from the driving unit is higher than the set threshold speed, a speed compensation scaler is applied according to the steering angle of the rear wheel to reduce the driving speed of the moving body in comparison with the input command speed.
A sequential steering system for the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 제어부는
상기 전륜을 통해 2륜 조향 방식으로 주행하다가 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 전환되면 상기 후륜을 순차적으로 구동시켜 4륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템.
In paragraph 1,
The above control unit
It is characterized in that when driving in a two-wheel steering mode through the front wheels, when the steering angle of the front wheels is switched to the maximum angle, the rear wheels are sequentially driven to switch to a four-wheel steering mode.
A sequential steering system for the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 제어부는
상기 이동체가 4륜 조향 방식으로 변경된 상태에서 상기 후륜의 조향각도가 0도가 되면 2륜 조향 방식으로 전환되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 시스템.
In paragraph 4,
The above control unit
The above-mentioned moving body is characterized in that when the steering angle of the rear wheel becomes 0 degrees while the four-wheel steering mode is changed, it is changed to the two-wheel steering mode.
A sequential steering system for the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 조향조작단계를 통해 입력된 조향신호를 기반으로 상기 전륜의 조향각도를 제어하는 전륜조향단계와;
상기 전륜조향단계를 통해 상기 전륜의 조향각도가 최대각도로 조향되면 한 쌍으로 된 후륜의 조향각도를 상기 전륜의 조향각도와 동일하게 반대방향으로 변경시키는 후륜조향단계와;
상기 후륜조향단계 이후 상기 이동체가 회전되는 내측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 기반으로 상기 이동체의 회전중심점을 산출하는 회전중심점 산출단계와;
상기 회전중심점 산출단계를 통해 산출된 상기 회전중심점을 중심으로 상기 이동체가 회전되는 외측 방면에 위치한 상기 전륜과 상기 후륜의 조향각도를 재산출 및 조정하는 외측 조향각도 산출단계와;
상기 외측 조향각도 산출단계 이후에 상기 후륜의 조향각도에 따라 상기 구동부에서 입력되는 명령속도가 설정된 임계속도보다 높을 경우 속도보정 스케일러를 적용하여 입력되는 명령속도 보다 낮은 보정된 명령속도를 출력하여 상기 이동체의 주행속도를 감속시키는 주행속도 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
A steering operation step for inputting a steering signal to operate the steering of a pair of front wheels through a driving unit to control the driving direction of a moving body;
A front wheel steering step for controlling the steering angle of the front wheels based on the steering signal input through the above steering operation step;
A rear wheel steering step for changing the steering angle of a pair of rear wheels in the opposite direction to the steering angle of the front wheels when the steering angle of the front wheels is steered to the maximum angle through the front wheel steering step;
A rotation center point calculation step for calculating the rotation center point of the moving body based on the steering angles of the front and rear wheels located in the inner direction in which the moving body rotates after the rear wheel steering step;
An outer steering angle calculation step for recalculating and adjusting the steering angles of the front wheels and the rear wheels located in the outer direction around which the moving body rotates around the rotation center point calculated through the rotation center point calculation step;
It is characterized by including a driving speed compensation step, which reduces the driving speed of the moving body by applying a speed compensation scaler to output a compensated command speed lower than the input command speed when the command speed input from the driving unit is higher than the set threshold speed according to the steering angle of the rear wheel after the outer steering angle calculation step.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 회전중심점 산출단계에서
상기 회전중심점(Px, Py)은 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
[수학식 1]
(Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, θFi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 전륜 조향각도, θBi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 후륜 조향각도)
[수학식 2]
(Py : 회전중심점의 y축 좌표, θFi : 이동체의 회전방향 내측에 위치한 전륜 조향각도, Px : 회전중심점의 x축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, L : 전륜과 후륜 사이의 길이)
In paragraph 6,
In the above rotation center point calculation step
The above rotation center point (P x, P y ) is characterized by being calculated using the mathematical expressions 1 and 2 below.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
[Mathematical formula 1]
(P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels, θ Fi : steering angle of the front wheel located inward in the direction of rotation of the moving body, θ Bi : steering angle of the rear wheel located inward in the direction of rotation of the moving body)
[Mathematical formula 2]
(P y : y-axis coordinate of the center of rotation, θ Fi : steering angle of the front wheel located inside the direction of rotation of the moving body, P x : x-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, L: length between the front and rear wheels)
상기 외측 조향각도 산출단계에서
상기 조향각도는 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
[수학식 3]
(θFo : 이동체의 회전방향 외측에 위치한 전륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)
[수학식 4]
(θBo : 이동체의 회전방향 외측에 위치한 후륜 조향각도, L : 전륜과 후륜 사이의 길이, Py : 회전중심점의 y축 좌표, W : 전륜 또는 후륜의 회전축 간 폭, Px : 회전중심점의 x축 좌표)
In paragraph 6,
In the above outer steering angle calculation step
The above steering angle is characterized in that it is calculated using mathematical expressions 3 and 4.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
[Mathematical Formula 3]
(θ Fo : steering angle of the front wheel located outside the direction of rotation of the moving body, L: length between the front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
[Mathematical formula 4]
(θ Bo : steering angle of the rear wheel located outside the direction of rotation of the moving body, L: length between the front and rear wheels, P y : y-axis coordinate of the center of rotation, W: width between the rotation axes of the front or rear wheels, P x : x-axis coordinate of the center of rotation)
상기 주행속도 보정단계에서
상기 후륜의 조향각도는 상기 이동체의 회전방향 내측에 위치한 후륜의 조향각도를 기준으로 주행속도가 보정되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
In paragraph 6,
In the above driving speed correction step
The steering angle of the rear wheel is characterized in that the driving speed is corrected based on the steering angle of the rear wheel located inside the rotation direction of the moving body.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
상기 주행속도 보정단계에서
상기 속도보정 스케일러는 아래의 수학식 5에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
[수학식 5]
(S : 속도보정 스케일러, Smin : 속도보정 스케일러의 최소값, θmax : 기계적 최대 조향가능 각도, θB : 이동체의 회전방향의 내측에 위치한 후륜 조향각도, θBR : 우측 후륜 조향각도, θBL : 좌측 후륜 조향각도, θJ : 구동부에 입력된 목표 조향각도)
In paragraph 6,
In the above driving speed correction step
The above speed compensation scaler is characterized by being determined by the following mathematical expression 5.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
[Mathematical Formula 5]
(S: speed compensation scaler, S min : minimum value of speed compensation scaler, θ max : maximum mechanically steerable angle, θ B : steering angle of the rear wheel located inside the rotation direction of the moving body, θ BR : right rear wheel steering angle, θ BL : left rear wheel steering angle, θ J : target steering angle input to the driving unit)
상기 주행속도 보정단계에서
상기 보정된 명령속도는 아래의 수학식 6에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는
4륜 조향 이동체의 안정적 회전을 위한 전륜과 후륜의 순차 조향 방법.
[수학식 6]
(VC : 보정된 명령속도, VIN : 구동부에서 입력된 명령속도, Vt bwd : 후진 시의 속도 임계속도, Vt fwd : 전진 시의 임계속도, S : 속도보정 스케일러)In paragraph 6,
In the above driving speed correction step
The above-mentioned corrected command speed is characterized by being determined by the mathematical expression 6 below.
A sequential steering method of the front and rear wheels for stable rotation of a four-wheel steering vehicle.
[Mathematical Formula 6]
(V C : compensated command speed, V IN : command speed input from the drive unit, V t bwd : critical speed when moving backward, V t fwd : critical speed when moving forward, S: speed compensation scaler)
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