KR102458979B1 - 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈은, 자율주행 제어장치로부터의 제어신호와 전력을 공급받아 작동하고 상호 직렬로 배치되고, 중공 타입이고, 단일의 구동 축(23)을 공유하는, 제1 모터(21) 및 제2 모터(22)와; 상기 구동 축(23)에 연결된 기어박스(24)와; 상기 기어박스(24)에 연결되어 회전 속도를 감속하는 감속기(30)와; 상기 감속기(30)에 연결되고, 단부에 "ㄷ"자형 브래킷(51)이 제공되고, 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51) 내부 공간에 회전 가능하게 장착되는 롤러(60)를 포함하는 레버 암(50)과; 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면을 관통하여 설치되는 거리 센서(70)를 포함한다.

Description

자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈{BRAKE CONTROL MODULE FOR AUTONOMOUS DRIVING}

본 발명은 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈에 관한 것이다.

통상적인 자동차의 브레이크 시스템은 운전자가 브레이크 페달을 밟는 동작에 의해서 작동된다. 브레이크 페달은 페달 링크의 단부에 장착되고, 브레이크 페달을 밟는 동작은 페달 링크를 회전시킨다. 통상적인 전기 자동차에서 페달 링크의 회전 정도는 페달 엔코더에 의하여 감지된다. 감지된 신호는 브레이크 유닛 ECU에 전달되어 브레이크 장치가 작동된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 브레이크 페달 및 페달 링크를 갖는 브레이크 시스템에 장착되어 자율주행을 구현하기 위한 브레이크 제어 모듈에 관한 것이다. 즉, 자율주행 제어장치가 브레이크 제어를 위한 신호를 발생시켜 본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈에 전달하면, 본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈은 페달 링크를 회전시키도록 장착된 모터로써 동력을 발생시키고 발생된 동력을 페달 링크에 효과적으로 전달하여 정확히 원하는 각도만큼 페달 링크를 회전시킨다.

본 발명자(들)는 이와 같은 방식의 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈의 연구 개발에 다년간 종사 중이며, 한국 특허 출원 제10-2020-0149235호로 출원되어 한국 등록특허 제10-2227401호로 등록된 특허 기술의 개발을 완료한 바 있다. 도 1을 참조하여 상기 선행 특허 기술에 대하여 설명하도록 한다.

선행기술에 따른 브레이크 제어 모듈(100)은 컨트롤러(10), 모터(20), 감속기(30), 스톱퍼(40), 레버 암(50), 롤러(60) 및 제1 내지 제3 브래킷(70, 80, 90)을 포함하여 구성된다.

컨트롤러(10)는 자율주행 제어장치(미도시)로부터의 전기적 신호를 받아 모터(20)를 제어하는 구성요소이다. 이러한 컨트롤러(10)에는 정해진 규격의 핀이 삽입될 수 있는 소켓이 포함된다. 자율주행 제어장치에 연결된 도선의 단부에 마련된 핀이 상기 소켓에 삽입되는 것으로 컨트롤러(10)와 자율주행 제어장치의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 컨트롤러(10)는 제1 브래킷(70)에 장착된다. 상기 제1 브래킷(70)은 모터(20)를 장착하는 기능도 아울러 수행하며, 상기 모터(20)는 상기 컨트롤러(10)에 전기적으로 연결된다. 모터(20)에는 감속기(30)가 작동 결합되어, 모터(20)의 회전 속도를 감속시켜 레버 암(50)에 전달한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 모터(20)와 감속기(30)는 제2 브래킷(80)에 의하여 감싸져서 제1 브래킷(70)에 고정되는데, 이로써 모터(20)와 감속기(30)의 어셈블리가 제1 브래킷(70)에 장착된 상태가 한층 견고해질 수 있다. 레버 암(50)은 단부에 "ㄷ"자형 브래킷(51)이 형성된 구조이다. 이러한 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 내부 공간에는 롤러(60)가 회전 가능하게 장착된다. 스톱퍼(40)는 제3 브래킷(90)에 고정된다. 스톱퍼(40)의 제3 브래킷(90)으로의 고정은 예컨대 볼트 결합에 의해 이루어질 수 있으며, 도 1의 상부 그림으로부터 스톱퍼(40)를 고정시키는 2개의 볼트가 제3 브래킷(90)을 관통하여 고정을 달성하는 모습을 확인 가능하다. 스톱퍼(40)의 기능은 레버 암(50)의 기본(default) 위치를 조정하는 것이다. 이러한 조정 기능을 위하여 레버 암(50)에는 돌기(52)가 제공된다. 스톱퍼(40)에는 길이 조정부(41)가 제공되는데, 이러한 길이 조정부(41)는 볼트를 조였다 풀었다 함으로써 스톱퍼(40)로부터 돌출된 길이가 조절될 수 있으며, 볼트 방식 이외에도 스톱퍼(40)로부터 돌출되는 길이가 조정 가능한 방식이면 그 어떤 것이어도 상관없다. 스톱퍼(40)로부터 돌출되는 길이가 조정되는 길이 조정부(41)는 레버 암(50)의 돌기(52)에 맞닿는다. 길이 조정부(41)의 돌출 길이가 짧게 조정되면, 도 1에 도시된 상태에서 레버 암(50)은 시계 방향으로 회전된 위치로 위치 조정되고, 돌출 길이가 길게 조정되면, 도 1에 도시된 상태에서 레버 암(50)은 반시계 방향으로 회전된 위치로 위치 조정된다. 브레이크 제어 모듈(100)은 제1 브래킷(70) 및 제3 브래킷(90)에 의하여 차체에 장착된다. 도 1의 하부 그림에서 확인 가능한 제1 브래킷(70)의 볼트 구멍에 볼트가 체결됨으로써 차체의 일 부분으로의 고정이 이루어지고, 제3 브래킷(90)의 차체로의 고정도 마찬가지 방식으로 이루어질 수 있다. 제3 브래킷(90)은 차체와의 고정 부분이 2개의 단으로 이루어져 있는데, 이러한 구조는 고정 대상 차체 부분의 형상에 따라 변경 가능하다.

본 발명자(들)은 본 발명에 이르러 상술한 선행 특허 기술에 기반하되 선행 특허 기술에서 달성되지 않는 향상된 기술적 효과를 달성하는 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명자(들)이 주목한 상기 선행 특허 기술의 한계는 아래 두 가지이다.

첫째, 상기 선행 특허 기술에 따른 브레이크 제어 모듈은 레버 암(50)을 회전시키도록 동력을 발생시키고 레버 암(50)의 회전에 의하여 원하는 각도로 브레이크 페달이 부착된 페달 링크(도 1에 도시 생략)를 회전시킨다. 이를 위하여 상기 선행 특허 기술은 단일의 모터(20)를 사용한다. 따라서, 자율주행이 이루어지는 과정에서 모터(20)에 문제가 발생할 경우 레버 암(50) 및 브레이크 페달 링크를 원하는 각도로 회전시킬 수 없고, 이는 사고로 이어질 수 있다.

둘째, 상기 선행 특허 기술은 자율주행이 이루어지는 과정에서 차량의 운전자가 브레이크를 밟을 경우 자율주행 모드로부터 운전 제어권을 운전자로 이양하는 구성을 포함하지 않았다.

본 발명은 종래의 브레이크 제어 모듈이 가지고 있는 문제점을 개선하기 위해 제안된 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 모터 중 한 개에 문제가 발생하더라도 브레이크 페달 링크를 원하는 각도로 회전시킬 수 있는 브레이크 제어 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 브레이크 제어 모듈에 일체로 결합된 센서 모듈을 통해 차량의 기존 브레이크 페달 링크의 수정 가공 없이 운전자의 운전 개입을 감지하여 자율주행 중에 운전자로 운전 제어권을 이양할 수 있는 브레이크 제어 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈은, 자율주행 제어장치로부터의 제어신호와 전력을 공급받아 작동하고 상호 직렬로 배치되고, 중공 타입이고, 단일의 구동 축(23)을 공유하는, 제1 모터(21) 및 제2 모터(22)와; 상기 구동 축(23)에 연결된 연결된 기어박스(24)와; 상기 기어박스(24)에 연결되어 회전 속도를 감속하는 감속기(30)와; 상기 감속기(30)에 연결되고, 단부에 "ㄷ"자형 브래킷(51)이 제공되고, 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51) 내부 공간에 회전 가능하게 장착되는 롤러(60)를 포함하는 레버 암(50)과; 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면을 관통하여 설치되는 거리 센서(70)를 포함한다.

상기 롤러(60)는 평평한 상부면을 갖고 하부가 개방된 형상의 롤러 브래킷(62)에 수용된 상태에서 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51) 내부 공간에 장착되고, 샤프트(61)가 상기 롤러(60), 롤러 브래킷(62)을 관통하여 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 형성된 상하로 긴 형상의 관통구(53)에 삽입되고, 상기 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면과 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면 사이에 하나 이상의 스프링(63)이 장착된다.

차량에 설치된 상태에서 상기 레버 암(50)의 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 페달 링크(200)가 적어도 일부 삽입되고, 자율주행 작동 중 상기 레버 암(50)의 회전 작동에 의해 상기 롤러(60)가 상기 페달 링크(200)의 상부면을 활주하면서 상기 페달 링크(200)를 작동시킨다.

자율주행 작동 중 운전자가 직접 수동운전을 하고 싶을 경우 운전자의 발로 브레이크 페달을 밟으면, 상기 페달 링크(200)에 가해지는 외력에 의해 상기 페달 링크(200)가 하방 이동하여 상기 롤러(60)가 상기 페달 링크(200)로부터 이격된다. 이때, 상기 스프링(63)의 복원력에 의해 상기 샤프트(61) 및 이에 결합된 상기 롤러(60)와 상기 롤러 브래킷(62)이 하방 이동하고, 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면까지의 거리를 측정하는 상기 거리 센서(70)로부터의 출력 값이 증가된 것을 감지함에 의하여 자율주행을 종료하고 운전 제어권을 운전자에게 이양한다.

상기 구동 축(23)의 회전 속도를 감지하는 엔코더(80)가 더 포함될 수 있다. 작동 개시 시 상기 제2 모터(22)에만 제어 명령이 인가되고 상기 제1 모터(21)에는 제어 명령이 인가되지 않아, 상기 제2 모터(22)에 의해서만 상기 구동 축(23)으로 구동 토크가 제공된다. 상기 엔코더(80)로부터 출력되는 상기 구동 축(23)의 회전 속도 값이 미리 정해진 범위의 수치와 비교되고, 회전 속도 값이 미리 정해진 수치 범위 내에 있는 경우 상기 제2 모터(22)에 대한 제어가 지속된다. 회전 속도 값이 미리 정해진 수치 범위를 벗어날 경우 상기 제2 모터(22)에 문제가 발생한 것으로 판단하여, 상기 제2 모터(22)에 대한 제어 명령이 해제되고, 상기 제1 모터(22)에 대한 제어 명령이 인가된다.

상기 샤프트(61)의 상기 롤러(60)와 결합하는 중앙부는 단면이 원형이고, 상기 롤러 브래킷(62) 및 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)과 결합하는 양단부는 단면이 사각형이고, 상기 샤프트(61)의 단면이 사각형인 양단부가 삽입되는 상기 관통구(53)는 상하로 긴 직사각형 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 1 모터(21), 상기 제2 모터(22), 상기 기어박스(24), 상기 감속기(30), 상기 레버 암(50)을 포함하는 일련의 구동 부품들은 제1 브래킷(91)에 의해 서로 결합될 수 있다. 상기 스톱퍼(40)는 상기 제1 브래킷(91)과 구분되는 제2 브래킷(92)에 설치될 수 있다. 상기 제1 브래킷(91)과 상기 제2 브래킷(92)은 상호 결합된 상태로 차체의 부위에 장착될 수 있다. 제1 브래킷(91)과 제2 브래킷(92)의 상호 결합 여부, 차체로 장착되는 부위가 단수인지 복수인지 여부, 차체의 어느 부위에 장착되는지는 본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈의 장착 환경에 따라 달라질 수 있다.

상기 페달 링크(200)에 단부에 형성된 브레이크 페달에는 운전 제어권 이양을 감지하기 위한 어떠한 센서도 설치되지 않는다.

이외에도 추가적인 구성이 본 발명에 따른 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈에 더 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면 종래의 브레이크 제어 모듈이 가지고 있는 문제점이 개선될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 모터 중 한 개에 문제가 발생하더라도 브레이크 페달 링크를 원하는 각도로 회전시킬 수 있는 브레이크 제어 모듈이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 브레이크 제어 모듈에 일체로 결합된 센서 모듈을 통해 차량의 기존 브레이크 페달 링크의 수정 가공 없이 운전자의 운전 개입을 감지하여 자율주행 중에 운전자로 운전 제어권을 이양할 수 있는 브레이크 제어 모듈이 제공될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 브레이크 제어 모듈을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 부품들의 구동 연결 방식을 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 모터에 대한 제어 방식을 도시하는 도면이다.
도 8은 운전 제어권 이양을 위하여 운전자에 의하여 브레이크 페달이 밟히는 이벤트가 발생하였는지를 판단하는 종래기술의 구조를 도시하는 도면이다.
도 9는 운전 제어권 이양을 위하여 운전자에 의하여 브레이크 페달이 밟히는 이벤트가 발생하였는지를 판단하는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈(100)의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈의 전체적인 구조

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈(100)의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈(100)은 제1 모터(21), 제2 모터(22), 헬리컬 기어박스(24), 감속기(30), 스톱퍼(40), 레버 암(50), 롤러(60), 거리 센서(70), 엔코더(80), 제1 및 제2 브래킷(91, 92)을 포함하여 구성된다.

도 2에는 자율주행 제어 장치 및 이로부터 전기적 신호를 받아 모터(21, 22)를 제어하는 컨트롤러의 도시가 생략되었다. 이들은 본 발명의 출원 당시 기술수준에서 당업자에게 명확할 뿐만 아니라 본 발명과 종래기술을 차별화하는 구성요소가 아니다.

제1 모터(21)와 제2 모터(22)는 직렬로 배치되며, 도 2로부터는 파악할 수 없으나 단일의 구동 축을 공유한다. 상기 제1 모터(21) 및 제2 모터(22)의 구동 축은 헬리컬 기어박스(24)에 구동 연결된다. 헬리컬 기어박스(24)는 감속기(30)와 구동 연결된다. 감속기(30)에는 레버 암(50)이 결합되며, 감속기(30)를 통해 출력되는 구동 토크로 레버 암(50)이 회전한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레버 암(50)은 단부에 "ㄷ"자형 브래킷(51)이 형성된 구조이다. 이러한 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 내부 공간에는 롤러(60)가 회전 가능하게 장착된다. 롤러(60)는 레버 암(50)이 페달 링크(200)를 작동시키도록 회전할 때 페달 링크(200)의 상부면과 활주 접촉 상태를 형성한다. "ㄷ"자형 브래킷(51)의 중앙 상부면에는 거리 센서(70)가 관통 설치된다. 거리 센서(70)는 자율주행 중에 운전 제어권 이양을 위한 운전자의 개입을 판단하기 위한 구성요소로서, 그 구체적인 구조 및 작동 방식은 후속하는 도면들을 참조하여 후술하기로 한다. 제1 모터(21), 제2 모터(22), 헬리컬 기어박스(24), 감속기(30), 레버 암(50)으로 구성되는 일련의 구동 부품들은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 브래킷(91)에 의하여 서로 결합될 수 있다.

스톱퍼(40)는 상기 제1 브래킷(91)과 구분되는 제2 브래킷(92)에 설치된다. 스톱퍼(40)의 제2 브래킷(92)으로의 고정은 예컨대 볼트 결합에 의해 이루어질 수 있다. 스톱퍼(40)의 기능은 레버 암(50)의 기본(default) 위치를 조정함과 아울러 레버 암(50)의 작동 범위를 제한하는 것이다. 이러한 기능의 발휘를 위하여 레버 암(50)에는 돌기(52)가 제공된다. 레버 암(50)의 돌기(52)는 스톱퍼(40)에 선택적으로 접촉한다. 스톱퍼(40)의 돌출된 길이는 조절 가능하다. 스톱퍼(40)의 돌출된 길이 조정 관련 구성은 본 명세서의 배경기술 부분에 설명한 선행 특허 기술(한국 등록특허 제10-2227401호)에 의해 이미 공지된 구성과 동일하게 적용 가능하다. 엔코더(80)는 중공 타입인 제1 모터(21)와 제2 모터(22)에 삽입된 의 구동 축(23)의 위치와 회전 속도를 측정하는 기능을 수행한다. 상기 제1 브래킷(91)과 상기 제2 브래킷(92)은 상호 결합된 상태로 차체의 부위에 장착될 수 있다. 제1 브래킷(91)과 제2 브래킷(92)의 상호 결합 여부, 차체로 장착되는 부위가 단수인지 복수인지 여부, 차체의 어느 부위에 장착되는지는 본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈의 장착 환경에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 따른 구동 부품들의 구동 연결 방식

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 부품들의 구동 연결 방식을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 3 내지 도 5에는 제1 모터(21), 제2 모터(22), 이들 2개의 모터가 공유하는 단일의 구동 축(23), 구동 축(23)에 연결된 제1 기어(25)와 제2 기어(26)를 포함하는 헬리컬 기어박스(24) 및 감속기(30)의 구동 연결 방식이 도시된다.

제1 모터(21)와 제2 모터(22)는 모터의 중앙이 관통되어 있는 중공 타입의 모터로서, 공통이자 단일의 구동 축(23)이 이들 2개의 모터를 관통하여 장착된다. 이러한 구조를 채용함으로써 모터(21, 22)와 구동 축(23)이 직결되어 구동 토크 손실이 최소화됨과 동시에, 구성 부품의 수가 최소화되어 기구적으로 발생할 수 있는 문제가 구조적으로 감소될 수 있다.

헬리컬 기어박스(24) 내에는 제1 기어(25)와 제2 기어(26)가 수용되고, 제1 기어(25)는 구동 축(23)에, 제2 기어(26)는 감속기(30)의 입력 축에 연결된다. 연결된다. 제1 기어(25)와 제2 기어(26)는 상호 맞물려 있다. 이러한 구조를 통하여, 구동 축(23)을 통해 전달된 모터의 구동 토크는 2개의 헬리컬 기어, 즉 제1 기어(25)와 제2 기어(26)를 통해 감속기(30)로 전달된다. 헬리컬 기어는 평기어에 비해 2개의 기어의 맞물림률이 높아 토크 전달 정밀도가 높으며, 소음이 적다는 장점이 있다.

제1 모터(21)와 제2 모터(22)는 공통이자 단일의 구동 축(23)을 회전시키는데, 정상 동작 상태에서는 제2 모터(22)만이 구동 축(23)을 회전시키고 이때 제1 모터(21)는 언제든지 즉시 동작이 가능하도록 전력이 공급은 되지만, 제어 명령이 들어가지 않는 free(프리)한 상태에 있다. 즉, 제2 모터(22)에만 전력 및 제어 명령이 제공되어 제2 모터(22)만 회전하고, 구동 축(23)의 회전 토크는 오로지 제2 모터(22)에 의해서만 공급된다. 제2 모터(22)에 문제가 발생하는 것으로 감지되는 경우, 제어부(도시 생략)는 제2 모터(22)로 인가하던 제어 명령을 해지하고, free(프리)한 상태에 동작대기하고 있던 제1 모터(21)로 제어 명령을 인가함으로써, 제1 모터(21)가 구동 축(23)으로의 회전 토크를 발생하도록 한다. 보다 구체적인 제어 방식은 후속하는 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.

본 발명에 따른 제1 및 제2 모터에 대한 제어 방식

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 모터에 대한 제어 방식과 운전 제어권 이양 방식을 도시한다.

먼저, 도 6을 참조하여 제1 및 제2 모터에 대한 제어 흐름을 설명한다. 도시의 편의를 위하여 도 6에는 제1 모터가 모터1로, 제2 모터가 모터2로 표시된다.

제어의 첫 단계로서 차량 시동 상태가 확인된다. 차량의 시동이 켜진 경우 예컨대 차량의 스티어링 휠 등에 배치되는 자율주행 실행버튼이 운전자에 의해 작동되었는지가 판단된다. 운전자에 의해 자율주행 실행이 명령된 것으로 확인되는 경우 자율주행 시스템에 대한 상태 체크가 시행된다. 자율주행 시스템 상태에 이상이 감지되는 경우 자율주행 모드는 실행되지 않는다. 자율주행 시스템 상태에 이상이 감지되지 않는 경우 도 8 및 도 9를 참조하여 후술하는 운전자 개입 판단 모듈을 통하여 운전자가 자율주행 실행 명령을 내렸음에도 차량의 운전에 개입하였는지를 판단한다. 본 발명의 특징 중 하나는 운전자 개입 판단 모듈을 구성함에 있어서, 브레이크 페달에 어떠한 센서 장치도 형성하지 않고 브레이크 제어 모듈에 운전자 개입 판단 모듈을 일체로 형성하면서 거리 센서 또는 근접 센서(거리 센서는 측정 대상과의 거리를 측정하는 센서이고 근접 센서는 측정 대상과의 접근 정도를 측정하는 센서라는 의미여서 기술적으로 동일한 의미임)를 활용하여 빠르고 정확하게 운전자의 개입을 판단할 수 있는 구조를 적용한 것에 있다. 이러한 본 발명 특유의 운전자 개입 판단 모듈을(거리 센서 모듈 또는 근접 센서 모듈로도 표현 가능)에 의하여 운전자가 개입한 것으로 판단되는 경우 자율주행 실행 명령이 취소된 것으로 간주되고 자율주행 모드는 실행되지 않으며, 운전자 조작에 의한 수동 모드로 전환된다.

자율주행 시스템 상태에 이상이 감지되지 않고 운전자 개입도 없는 것으로 판단되면 자율주행 모드에 진입한다. 자율주행 제어가 시작되면, 제1 모터 및 제2 모터에 대한 상태 체크가 실행된다. 이 2개의 모터 모두에 이상이 없는 것으로 판단되는 경우, 제2 모터에 대한 제어 명령이 인가된다. 이때 상술한 바와 같이, 제1 모터에는 언제든지 즉시 동작이 가능하도록 전력이 공급은 되지만, 제어 명령을 인가하지 않는 free(프리)한 상태를 유지한다. 제2 모터에 전력이 공급되고 제어 명령이 인가되면, 제2 모터가 구동 축을 회전시키기 위한 구동 토크를 제공한다. 제1 모터 또는 제2 모터 중 어느 하나 또는 둘 모두에 이상이 있는 것으로 판단되면 제2 모터에 대한 제어 명령은 인가되지 않으며, 이상이 있는 모터에 대한 경고 메시지가 전송된다.

제2 모터에 대한 구동이 이루어지고 있는 상황에서, 즉 자율주행 모드가 시행되고 있는 과정에서 상술한 운전자 개입이 발생하였는지에 대한 판단은 지속적으로 이루어진다. 운전자 개입이 발생한 경우 상술한 바와 같이 자율주행 모드는 취소되고 운전 제어권은 운전자로 이양된다.

제2 모터에 의한 구동 토크 공급에 의하여 회전되는 구동 축의 회전 속도 값은 엔코더에 의해 감지된다. 도 6의 제어 흐름도에는 엔코더로서 앱솔루트엔코더가 언급되었다. 앱솔루트엔코더는 전원 상태와 무관하게 항상 절대 위치 값을 유지할 수 있다. 앱솔루트엔코더의 이러한 특성은 회전원판에 광학적으로 이진부호화 된 위치코드를 스캐닝함으로써 가능하다. 전원이 공급되지 않는 상태에서 위치 이동이 발생하여도 전원 투입 후 바로 현재의 위치 정보를 확인 가능하다. 제2 모터에 대한 제어를 실행하는 도중 앱솔루트엔코더를 통해 센싱 된 구동 축의 실제 회전 속도 값과 기본 셋팅 된 회전 속도 값, 즉 제2 모터에 대한 소정 크기의 전력 공급에 의하여 정상 상태에서 제2 모터가 출력하는 회전 속도 값을 비교한다. 이러한 비교에 의하여 제2 모터에 대한 이상 유무를 감지 가능하다. 이상이 없는 것으로 판단되는 경우 제2 모터에 대한 제어를 지속한다. 만일 제2 모터에 대한 제어 도중 엔코더를 통해 센싱 된 회전 속도 값이 정상 범위를 벗어나는 것으로 감지되는 경우, 제2 모터에 이상이 발생한 것으로 판단하고, 곧바로 제1 모터에 대한 제어 명령을 인가함과 동시에 제2 모터에 대한 제어 명령을 해제한다. 이로써, 제1 모터가 구동 축을 회전시키게 되고, 제2 모터의 동작 이상 경고가 상위 제어기로 전송되며, Fail-Safety 모드로 진입한다.

도 6에는 엔코더로서 앱솔루트엔코더의 사용을 도시하고 있지만, 모터에 의해 회전하는 구동 축의 회전 속도 값을 센싱하여 상술한 기능을 달성하는 한, 어느 종류의 엔코더도 사용될 수 있으며, 본 발명의 범주가 반드시 앱솔루트엔코더를 사용하는 것으로 제한되는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다.

다음으로, 도 7을 참조하여 제어 시스템 구성을 살펴보기로 한다. 상위 제어기, 가감속 제어기, 제1 모터에 대한 모터드라이브, 제2 모터에 대한 모터 드라이브 등 4개의 제어기는 CAN 통신으로 연결된다. Fail-Safety를 고려하여 제1 모터와 제2 모터는 각각 별개의 모터드라이브와 연결되어 있어, 제2 모터에 문제가 발생하더라도 제1 모터에는 영향이 없도록 리던던트(redundant) 시스템이 구성된다. 앱솔루트엔코더는 구동 축의 절대 위치 값을 각각의 모터드라이브에 전송함으로써, 각 모터에 대한 피드백 위치 제어가 가능하다. 근접센서 또는 거리센서 모듈은 운전자의 개입이 감지되면, 아날로그 신호를 가감속제어기에 전달한다.

본 발명에 따른 운전 제어권 이양을 위한 거리 센서 모듈

자율 주행이 이루어지는 도중에도 언제든지 운전자가 원하는 상황에서는 운전 제어권을 운전자에게 이양할 수 있어야 한다. 통상적으로 운전자에 의하여 브레이크 페달이 밟히는 것이 감지되는 경우 운전 제어권을 자율 주행 모듈로부터 운전자에게 이양하고 있다. 도 8에는 운전 제어권 이양을 위하여 운전자에 의하여 브레이크 페달이 밟히는 이벤트가 발생하였는지를 판단하는 종래기술의 구조가 도시된다.

도 8에 도시된 종래기술의 구조에서는 브레이크 페달 상에 센서부 장착 브라켓이 고정된다. 도시된 바와 같이, 센서부 장착 브래킷에는 브레이크 페달로의 볼트 체결을 위한 홀이 형성되는 것이 일반적이다. 이러한 방식으로 브레이크 페달에 체결 고정된 센서부 장착 브래킷 상에는 압전 센서가 설치되고, 압전 센서 상부에는 고무 패드로 마감이 된다. 이러한 종래기술의 구조에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟게 되면 운전자의 발에 의하여 브레이크 페달에 가해지는 힘에 의하여 압전 센서에 통전이 이루어지고 이를 감지함으로써 운전자 개입을 판단하였다.

이러한 종래기술의 운전자 개입을 감지하기 위한 구조에는 다음과 같은 문제가 존재하는 것으로 판단되었다. 첫째, 차량에 존재하는 브레이크 페달을 그대로 활용하지 못하고 브레이크 페달에 대한 가공이 필요하다. 상술한 바와 같이 브레이크 페달에 압전 센서의 장착을 위한 센서부 장착 브래킷을 체결 고정하기 위하여 적어도 볼트 구멍의 가공이 필요하다. 둘째, 압전 센서는 수작업으로 부착되는데, 작업자에 따라 그리고 매 작업시마다 미세하게 달라질 수 있는 부착 강도 및 부착 위치가 센싱 감도에 영향을 줄 수 있다. 셋째, 고무 패드만으로 압전 센서를 감싸는 구조는 운전자 발에 의해 가해지는 크고 작은 반복적인 압력에 의하여 압전 센서가 파손되는 내구성의 문제를 갖는다.

본 발명자(들)는 상술한 종래기술의 구조의 문제점을 일거에 해결할 수 있는 운전자 개입 판단 구조를 고안하였고 이는 도 9에 상세히 도시된다. 도 8에 도시된 운전자 개입 판단 구조는 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈과 일체로 형성되므로 기존 차량의 브레이크 페달에 센서부를 추가적으로 장착하기 위한 작업이 제거될 수 있다. 나아가, 압전 센서를 사용하지 않고 기구적 변화를 측정하는 방식이므로, 압전 센서를 브레이크 페달에 장착시에 작업자에 따라 그리고 매 작업시마다 달라질 수 있는 부착 강도 및 부착 위치에 따라 센싱 감도에 영향이 가해지는 문제가 미연에 방지될 수 있다. 또한, 반복적인 압력에 의하여 센서가 파손되는 문제도 해결된다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 개입을 판단하기 위한 거리 센서 모듈은 레버 암(50)의 단부에 형성되는 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 설치된다. 거리 센서(70)는 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면을 관통하여 설치된다. 이러한 관통 설치 상태에서 거리 센서(70)의 센서면은 하방을 향한다. 롤러(60)는 롤러 브래킷(62)에 의하여 수용된다. 롤러 브래킷(62)은 롤러(60)를 그 내부에 수용한 상태에서 롤러의 자유로운 회전을 허용하여야 하고, 하부가 개방되어 롤러(60)와 페달 링크(200)의 접촉을 보장하여야 하나, 적어도 그 상부면은 롤러의 노출을 막도록 형성되어야 하며 바람직하게는 평면 구조를 가진다. 샤프트(61)는 롤러(60) 및 롤러 브래킷(62)을 관통하여 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상하 방향으로 긴 직사각형 형상의 관통구(53)에 끼워진다. 샤프트(61)의 롤러(60)와 결합하는 중앙부는 단면이 원형이고, 롤러 브래킷(62) 및 "ㄷ"자형 브래킷(51)과 결합하는 양단부는 단면이 사각형이다. 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면과 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면 사이에는 하나 이상의 스프링(63)이 설치된다.

자율주행 중에는 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 상술한 구조로 설치된 롤러(60)가 페달 링크(200)의 상부면을 가압 접촉하면서 활주한다. 이 상태에서 운전자가 페달 링크(200)의 단부에 형성된 브레이크 페달을 밟는 경우 페달 링크(200)가 하방 이동하면서 롤러(60)가 페달 링크(200)로부터 이격된다.

롤러(60)가 페달 링크(200)에 가압 접촉되는 자율주행 중에는 샤프트(61) 및 이에 결합된 롤러(60)와 롤러 브래킷(62)이 거리 센서(70)를 향한 상대적 상부에 위치하다가 운전자가 브레이크 페달을 밟아 롤러(60)가 페달 링크(200)로부터 이격되면 스프링(63)의 복원력에 의해 샤프트(61) 및 이에 결합된 롤러(60)와 롤러 브래킷(62)이 거리 센서(70)로부터 멀어지는 상대적 하부 위치로 이동한다. 거리 센서(70)는 "ㄷ"자형 브래킷의 상부면을 관통하여 설치된 고정 위치에 있고, 이것이 측정하는 대상은 센서 자체의 고정 설치된 위치와 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면 사이의 거리이다. 운전자가 브레이크 페달을 밟는 이벤트가 발생하면 그 즉시 거리 센서(70)가 출력하는 거리 값이 증가하므로, 이로써 운전자에 의한 브레이크 작동 이벤트의 발생을 빠르고 정확하게 인식할 수 있다.

도 9에 도시된 상술한 형상의 샤프트(61) 및 이에 대응하는 형상의 관통구(53) 구조에 의해서는 운전자에 의한 브레이크 페달의 작동 여부에 따라 롤러(60)가 상하 방향 이외의 다른 방향으로 움직이는 것이 최대한 방지되고, 이로써 거리 센서(70)에 의한 센싱 정확도가 향상되는 이점이 생긴다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브레이크 제어 모듈(100)의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다. 제1 모터(21), 제2 모터(22), 헬리컬 기어박스(24), 감속기(30), 레버 암(50)으로 구성되는 일련의 구동 부품들이 제1 브래킷(91)에 의해 서로 결합되는 점, 그리고 스톱퍼(40)가 제1 브래킷(91)과 구분되는 제2 브래킷(92)에 설치되고 제1 브래킷(91)과 제2 브래킷(92)이 상호 결합된 상태에서 차체의 소정 부위에 장착되는 점은 도 2에 도시된 실시예에서와 같다. 다만, 브래킷들의 형상과 브래킷이 차체로 장착되는 위치에서만 차이가 있다. 본 발명에 따른 브레이크 제어 모듈은 자율주행 기능이 없이 완성차로 출고된 차량들에 최대한 변경을 가하지 않고 용이하게 설치하여 자율주행 기능을 부여하는 것에 특징이 있다. 도 10에 도시된 실시예로부터는 다양한 구조의 차체에 적용하기 위하여 브래킷 구조가 복수로 미리 준비되고 사용자가 자신이 보유한 차량의 구조에 맞는 브래킷 구조를 선택하여 적용할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변경을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 브레이크 제어 모듈
200: 페달 링크
21: 제1 모터
22: 제2 모터
23: 구동 축
24: 헬리컬 기어박스
25: 제1 기어
26: 제2 기어
30: 감속기
40: 스톱퍼
50: 레버 암
51: "ㄷ"자형 브래킷
52: 돌기
53: 관통구
60: 롤러
61: 샤프트
62: 롤러 브래킷
63: 스프링
70: 거리 센서
80: 엔코더
91: 제1 브래킷
92: 제2 브래킷

Claims (5)

1. 자율주행을 위한 브레이크 제어 모듈에 있어서,
   자율주행 제어장치로부터의 제어신호와 전력을 공급받아 작동하고 상호 직렬로 배치되고, 중공 타입이고, 단일의 구동 축(23)을 공유하는, 제1 모터(21) 및 제2 모터(22)와,
   상기 구동 축(23)에 연결된 기어박스(24)와,
   상기 기어박스(24)에 연결되어 회전 속도를 감속하는 감속기(30)와,
   상기 감속기(30)에 연결되고, 단부에 "ㄷ"자형 브래킷(51)이 제공되고, 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51) 내부 공간에 회전 가능하게 장착되는 롤러(60)를 포함하는 레버 암(50)과,
   상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면을 관통하여 설치되는 거리 센서(70)를 포함하고,
   상기 롤러(60)는 평평한 상부면을 갖고 하부가 개방된 형상의 롤러 브래킷(62)에 수용된 상태에서 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51) 내부 공간에 장착되고, 샤프트(61)가 상기 롤러(60), 롤러 브래킷(62)을 관통하여 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 형성된 상하로 긴 형상의 관통구(53)에 삽입되고, 상기 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면과 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)의 상부면 사이에 하나 이상의 스프링(63)이 장착되고,
   차량에 설치된 상태에서 상기 레버 암(50)의 "ㄷ"자형 브래킷(51)에 페달 링크(200)가 적어도 일부 삽입되고, 자율주행 작동 중 상기 레버 암(50)의 회전 작동에 의해 상기 롤러(60)가 상기 페달 링크(200)의 상부면을 활주하면서 상기 페달 링크(200)를 작동시키고, 이때 상기 롤러(60)를 수용하는 상기 롤러 브래킷(62)은 상기 스프링(63)을 압축하고,
   자율주행 작동 중 외력에 의해 상기 페달 링크(200)가 하방 이동하여 상기 롤러(60)가 상기 페달 링크(200)로부터 이격되면, 상기 스프링(63)의 복원력에 의해 상기 샤프트(61) 및 이에 결합된 상기 롤러(60)와 상기 롤러 브래킷(62)이 하방 이동하고, 이때 롤러 브래킷(62)의 평평한 상부면까지의 거리를 측정하는 상기 거리 센서(70)로부터의 출력 값이 증가된 것을 감지함에 의하여 자율주행을 종료하고 운전 제어권을 운전자에게 이양하는,
   브레이크 제어 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 구동 축(23)의 회전 속도를 감지하는 엔코더(80)를 더 포함하고,
   작동 개시 시 상기 제2 모터(22)에만 제어 명령이 인가되고 상기 제1 모터(21)에는 제어 명령이 인가되지 않아, 상기 제2 모터(22)에 의해서만 상기 구동 축(23)으로 구동 토크가 제공되고,
   상기 엔코더(80)로부터 출력되는 상기 구동 축(23)의 회전 속도 값이 미리 정해진 범위의 수치와 비교되고, 회전 속도 값이 미리 정해진 수치 범위 내에 있는 경우 상기 제2 모터(22)에 대한 제어가 지속되고, 회전 속도 값이 미리 정해진 수치 범위를 벗어날 경우 상기 제2 모터(22)에 대한 제어 명령이 해제되고, 상기 제1 모터(21)에 대한 제어 명령이 인가되는,
   브레이크 제어 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 롤러(60)와 결합하는 상기 샤프트(61)의 중앙부는 단면이 원형이고, 상기 롤러 브래킷(62) 및 상기 "ㄷ"자형 브래킷(51)과 결합하는 상기 샤프트(61)의 양단부는 단면이 사각형이고, 상기 샤프트(61)의 단면이 사각형인 양단부가 삽입되는 상기 관통구(53)는 상하로 긴 직사각형 형상을 갖는,
   브레이크 제어 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 모터(21), 상기 제2 모터(22), 상기 기어박스(24), 상기 감속기(30), 상기 레버 암(50)을 포함하는 일련의 구동 부품들은 제1 브래킷(91)에 의해 서로 결합되고, 스톱퍼(40)는 상기 제1 브래킷(91)과 구분되는 제2 브래킷(92)에 설치되고, 상기 제1 브래킷(91)과 상기 제2 브래킷(92)은 상호 결합된 상태에서 차체의 소정 부위에 장착되는,
   브레이크 제어 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 페달 링크(200)의 단부에 형성된 브레이크 페달에는 운전 제어권 이양을 감지하기 위한 어떠한 센서도 설치되지 않는,
   브레이크 제어 모듈.

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