KR101063312B1 - 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후방에 작업기를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도, 히치의 높이를 자동 조절하여 줌으로써 작업기의 진동을 방지하고 트랙터 전체의 진동을 감쇄시킬 수 있는 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법{Tractor Damping Control System and Method}
본 발명은 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 후방에 작업기를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도, 히치의 높이를 자동 조절하여 줌으로써 작업기의 진동을 방지하고 트랙터 전체의 진동을 감쇄시킬 수 있는 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 트랙터는 후륜 뒤쪽 후방의 히치(hitch)에 작업기를 장착하여 용도에 따라 다양한 작업을 수행할 수 있는 농업용 기계로서, 여러 가지 농작업을 수행하기에 편리한 구조와 특성을 가지고 있다. 예를 들면, 트랙터는 레이크(rake), 로터베이터(rotavator), 플라우(plow), 해로우(harrow) 등의 작업기를 히치에 부착하여 경운, 쇄토작업 및 병해충방제, 양수, 탈곡 등 각종 농작업을 수행할 수 있다. 트랙터 운전석 주위에 설치된 제어장치의 레버를 조작하면, 히치는 레버의 조작방향에 따라 상승 또는 하강하며, 이에 따라 히치에 장착되는 작업기 역시 높낮이가 조절되므로, 작업자는 레버를 적절히 조절하여 작업을 진행할 수 있다.
그러나, 일반적으로 트랙터는 서스펜션 없이 제조되고 있고, 이에 따라 타이어가 차량과 지면 사이에 작동하는 유일한 탄성요소이다. 타이어의 탄성만으로는 빠르고 안전하고 편안한 도로 주행을 위한 요구를 충족시킬 수 없다. 후방에 작업기를 장착한 트랙터는 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하는 경우 피칭(pitching) 현상에 의한 진동 발생이 심하기 때문이다. 이러한 진동은 조향성을 떨어뜨리며 운전자의 안정성을 확보하지 못한다.
따라서, 작업기가 트랙터의 후륜(뒷바퀴)의 중심을 기준으로 회전 진동하는 피칭 현상(종방향 기울임)에 의한 진동을 방지하여, 후방에 작업기를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도 트랙터의 진동을 감쇄시킬 수 있는 자동 트랙터 댐핑 제어가 요구된다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 후방에 작업기를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도, 후방 측에 설치한 피칭 센서를 이용해 작업기가 트랙터의 후륜의 중심을 기준으로 회전 진동하는 피칭 정도를 감지하여, 히치 밸브를 자동 조절하여 줌으로써 작업기의 진동을 방지하여 트랙터 전체의 진동을 감쇄시킬 수 있는 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 불균일한 도로 주행 시의 트랙터의 진동을 감쇄시키기 위한 트랙터 댐핑 제어 시스템은, 리프트암의 위치 설정값과 리프트암 포지션 센서의 감지 신호의 차이에 따라 리프트암 위치값을 발생하는 포지션 콘트롤러; 트랙터의 주행 중 진동에 따른 피칭 센서의 감지 신호와 상기 감지 신호를 저주파 필터링한 신호의 합성신호에 따라 피칭 위치값을 발생하는 피칭 콘트롤러; 및 피칭 위치 설정값과 상기 피칭 위치값의 차이를 계산한 에러값이 데드 밴드 범위를 벗어나면, 솔레노이드의 전류값 조절에 따라 상기 리프트암 위치값과 상기 피칭 위치값이 각각의 데드 밴드 범위로 돌아올 때까지 히치 솔레노이드 밸브가 3점 링크기구와 이에 결합된 작업기를 상승 또는 하강하도록 제어하는 제어회로를 포함한다.
상기 피칭 센서와 상기 리프트암 포지션 센서는 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 자이로스코프를 이용한 센서일 수 있다. 상기 피칭 센서는 트랙터의 후륜 주변에 설치되고 트랙터 후방의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성한다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 불균일한 도로 주행 시의 트랙터의 진동을 감쇄시키기 위한 트랙터 댐핑 제어 방법은, 리프트암의 위치 설정값과 리프트암 포지션 센서의 감지 신호의 차이에 따라 리프트암 위치값을 발생하고, 트랙터의 주행 중 진동에 따른 피칭 센서의 감지 신호와 상기 감지 신호를 저주파 필터링한 신호의 합성신호에 따라 피칭 위치값을 발생하며, 피칭 위치 설정값과 상기 피칭 위치값의 차이를 계산한 에러값이 데드 밴드 범위를 벗어나면, 솔레노이드의 전류값 조절에 따라 상기 리프트암 위치값과 상기 피칭 위치값이 각각의 데드 밴드 범위로 돌아올 때까지 히치 솔레노이드 밸브가 3점 링크기구와 이에 결합된 작업기를 상승 또는 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 피칭 센서와 상기 리프트암 포지션 센서는 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 자이로스코프를 이용한 센서이고, 상기 피칭 센서는 트랙터의 후륜 주변에 설치되고 트랙터 후방의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성한다.
본 발명에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템 및 방법에 따르면, 후방에 작업기를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도, 작업기가 트랙터의 후륜의 중심을 기준으로 회전 진동하는 피칭 정도에 따라 히치 밸브를 자동 조절하여 줌으로써 작업기의 진동을 방지하고 트랙터 전체의 진동을 감쇄시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템을 적용할 때의 유압 실린더의 유압 변화에 대한 그래프이다.
도 3은 도 1의 제어 회로와 히치 밸브의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 3점 링크기구를 포함한 히치의 구성도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템(100)은, 트랙터 차량(tractor vehicle)의 댐핑을 제어하기 위한 리프트암 포지션 센서(110), 포지션 콘트롤러(120), 피칭 센서(130), 저주파 필터(140), 및 피칭 콘트롤러(150)를 포함한다. 포지션 콘트롤러(120)와 피칭 콘트롤러(150)는 마이콤과 같은 프로세서에 해당하는 제어회로(도 3의 180 참조)와 연결된다.
본 발명에서는 도 2와 같이 제어회로(180)의 댐핑 제어에 따라(with damping) 히치 솔레노이드 밸브(도 5의 10 참조)를 자동 조절하여, 댐핑 제어가 없는 경우(without damping) 보다 유압 실린더(도 5의 11 참조)의 압력이 크게 요동하지 않도록 제어가 이루어지도록 함으로써, 후방에 작업기(도 5의 15 참조)를 장착한 트랙터가 진동이 크게 감쇄되는 상태로 과속 방지턱, 비포장 도로 등 지면이 불균일한 도로를 주행할 수 있도록 하였다.
기본적으로 도 3과 같이 운전자 또는 작업자가 운전석 주위에 설치된 콘트롤 레버(20)를 조작하면 제어회로(180)는 히치, 즉, 3점 링크기구(12, 13, 14)와 이에 결합된 작업기(15)를 상승 또는 하강하도록 제어한다. 제어회로(180)는 솔레노이드의 전류값(또는 전압)을 조절하여 히치 솔레노이드 밸브(10)가 유압으로 유압 실린더(11)의 피스톤을 운동시키도록 하며, 이에 따라 피스톤에 결합된 리프트암(12)이 상승 또는 하강하도록 제어하고 이에 따라 리프트암(12)에 결합된 리프트 로드(13)와 이에 결합된 하부 링크(14)를 상승 또는 하강하며, 하부 링크(14)에 결합된 작업기(15) 역시 상승 또는 하강할 수 있다. 작업기(15)는 경운, 쇄토작업 및 병해충방제, 양수, 탈곡 등 각종 농작업을 수행하기 위하여 하부 링크(14)에 결합된 레이크(rake), 로터베이터(rotavator), 플라우(plow), 해로우(harrow) 등일 수 있다. 작업자는 레버를 조절하여 리프트암(12) 또는 작업기(15)가 적절한 위치에 오도록 조종하여 트랙터를 운전하면서 농작업을 진행하거나 도로를 주행할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 지면이 불균일한 도로를 주행할 때 진동이 크게 감쇄되도록 하기 위하여, 소정 버튼(30)을 통하여 작업 모드가 농작업 모드 또는 주행(피치 제어) 모드로 동작하도록 선택할 수 있다.
한편, 리프트암 포지션 센서(110)는 리프트암(12)의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성한다. 리프트암 포지션 센서(110)로서 자이로스코프 등 회전 기울기 정도를 감지하는 자이로 센서가 이용될 수 있으며, 리프트암 포지션 센서(110)는 리프트암(12)에 설치되어 농작업 또는 도로 주행 중 리프트암(12)의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성할 수 있다.
포지션 콘트롤러(120)는 리프트암의 위치 설정값(Position Setpoint)과 리프트암 포지션 센서의 감지 신호(So)의 차이에 따라 리프트암 위치값(La)을 발생할 수 있다. 리프트암 위치값(La)은 아날로그 신호일 수도 있으며, 디지털 값일 수도 있다.
또한, 피칭 센서(130)는 트랙터 차량 후방의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성한다. 피칭 센서(130)로서 자이로스코프 등 회전 기울기 정도를 감지하는 자이로 센서가 이용될 수 있으며, 피칭 센서(130)는 트랙터의 후륜(뒷바퀴) 주변에 설치되어 농작업 또는 도로 주행 중 트랙터의 후방의 종방향 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성할 수 있다.
피칭 콘트롤러(150)는 트랙터 차량의 주행 중 진동에 따른 피칭 센서(130)의 감지 신호(Fo)와 이 감지 신호(Fo)를 저주파 필터(140)를 이용해 저주파 필터링한 신호(Fo')의 합성신호(Fdyn)에 따라 피칭 위치값(Lp)을 발생할 수 있다. 피칭 위치값(Lp)은 아날로그 신호일 수도 있으며, 디지털 값일 수도 있다. 여기서, 합성신호(Fdyn)를 발생하는 소정 신호 합성 회로는 저주파 필터링한 신호(Fo')에 큰 가중치를 주고 감지 신호(Fo)에 작은 가중치를 주어 합성한 합성신호(Fdyn)를 발생할 수 있으며, 이는 주로 저주파 필터링한 신호(Fo')에 비례하게 피치 제어가 이루어지도록 함으로써 감지 신호(Fo)의 일시적인 고주파 감지 신호(Fo)의 발생에 대하여 제어량의 변화가 작게 이루어지도록 하기 위함이다. 예를 들어, 바퀴가 돌맹이나 작은 둔덕, 돌출 등을 지날 때 일시적인 감지 신호(Fo)의 변화에 대하여 피치 제어, 즉, 히치 솔레노이드 밸브(10)의 제어가 적게 이루어지며, 지속적인 지면 요철이나 지반 침하가 심한 부분 등에서는 피치 제어가 크게 이루어지도록 할 수 있다.
이하, 피치 제어 모드에서 도 3의 제어회로(180)가 위와 같은 리프트암 위치값(La)과 피칭 위치값(Lp)에 따라 히치 솔레노이드 밸브(10)를 제어하는 과정을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명한다.
먼저, 제어회로(180)는 리프트암 위치값(La)과 피칭 위치값(Lp)을 수신하면(S10), 수신한 피칭 위치값을 Lp2로 하고 피칭 위치 설정값(Lp1)과 수신한 피칭 위치값(Lp2)의 차이인 해당 에러값(Er=Lp1-Lp2)을 산출한다(S20).
이때, 제어회로(180)는 에러값(Er)이 데드 밴드(dead band) 범위(Dd ~ Du) 내에 있는지 여부를 체크하고(S30), 에러값(Er)이 데드 밴드 상한치인 Du(예를 들어, 양의 값)와 데드 밴드 하한치인 Dd (예를 들어, 음의 값) 사이에 있으면, 피치 제어를 하지 않는다(S31).
제어회로(180)는 에러값(Er)이 데드 밴드(dead band) 범위(Dd ~ Du) 내에 있는지 여부를 체크하여(S30), 에러값(Er)이 데드 밴드 상한치(Du)보다 크거나, 데드 밴드 하한치(Dd) 보다 작으면, 피치 제어를 시작한다(S40~S61).
예를 들어, 에러값(Er)이 0보다 작으면(S40), 피칭 위치 설정값(Lp1) 보다 수신한 피칭 위치값(Lp2)이 더 큰 경우이므로, 히치를 하강 시키기 위해 제어회로(180)는 히치 솔레노이드 밸브(10)의 솔레노이드의 전류값(또는 전압)을 조절하여(S50) 리프트암 위치값(La)과 피칭 위치값(Lp/Lp2)이 각각의 데드 밴드 범위(Ladb/Lpdb)로 돌아올 때까지(S51) 히치 솔레노이드 밸브(10)가 도 5와 같이 유압 실린더(11)의 피스톤을 움직여 3점 링크기구(12, 13, 14)와 이에 결합된 작업기(15)를 하강하도록 제어한다.
또한, 예를 들어, 에러값(Er)이 0이상이면(S40), 피칭 위치 설정값(Lp1) 보다 수신한 피칭 위치값(Lp2)이 더 작은 경우이므로, 히치를 상승 시키기 위해 제어회로(180)는 히치 솔레노이드 밸브(10)의 솔레노이드의 전류값(또는 전압)을 조절하여(S60) 리프트암 위치값(La)과 피칭 위치값(Lp/Lp2)이 각각의 데드 밴드 범위(Ladb/Lpdb)로 돌아올 때까지(S61) 히치 솔레노이드 밸브(10)가 도 5와 같이 유압 실린더(11)의 피스톤을 움직여 3점 링크기구(12, 13, 14)와 이에 결합된 작업기(15)를 상승하도록 제어할 수 있다.
여기서 리프트암 위치값(La)의 데드 밴드 범위(Ladb)는 리프트암의 위치 설정값(Position Setpoint) 보다 일정값 크게 설정한 상한치와 리프트암의 위치 설정값(Position Setpoint) 보다 일정값 작게 설정한 하한치 사이의 값을 가질 수 있다. 또한, 피칭 위치값(Lp)의 데드 밴드 범위(Lpdb)는 피칭 위치 설정값(Lp1) 보다 일정값 크게 설정한 상한치와 피칭 위치 설정값(Lp1) 보다 일정값 작게 설정한 하한치 사이의 값을 가질 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 트랙터 댐핑 제어 시스템(100)을 트랙터에 적용함에 따라, 후방에 작업기(15)를 장착한 트랙터가 과속 방지턱, 비포장 도로 등 불균일한 지면이나 요철을 통과하더라도, 작업기(15)가 트랙터의 후륜의 중심을 기준으로 회전 진동하는 피칭 정도에 따라 히치 밸브(10)를 자동 조절하여 줌으로써 작업기(15)의 진동을 방지하고 트랙터 전체의 진동을 감쇄시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 트랙터 댐핑 제어 시스템
180: 제어회로
110: 리프트암 센서
130: 피칭 센서
10: 히치 밸브
12: 리프트 암

Claims (6)

  1. 불균일한 도로 주행 시의 트랙터의 진동을 감쇄시키기 위한 트랙터 댐핑 제어 시스템에 있어서,
    리프트암의 위치 설정값과 리프트암 포지션 센서의 감지 신호의 차이에 따라 리프트암 위치값을 발생하는 포지션 콘트롤러; 트랙터의 주행 중 진동에 따른 피칭 센서의 감지 신호와 상기 감지 신호를 저주파 필터링한 신호의 합성신호에 따라 피칭 위치값을 발생하는 피칭 콘트롤러; 및
    피칭 위치 설정값과 상기 피칭 위치값의 차이를 계산한 에러값이 데드 밴드 범위를 벗어나면, 솔레노이드의 전류값 조절에 따라 상기 리프트암 위치값과 상기 피칭 위치값이 각각의 데드 밴드 범위로 돌아올 때까지 히치 솔레노이드 밸브가 3점 링크기구와 이에 결합된 작업기를 상승 또는 하강하도록 제어하는 제어회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피칭 센서와 상기 리프트암 포지션 센서는 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 자이로스코프를 이용한 센서인 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피칭 센서는 트랙터의 후륜 주변에 설치되고 트랙터 후방의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 시스템.
  4. 불균일한 도로 주행 시의 트랙터의 진동을 감쇄시키기 위한 트랙터 댐핑 제어 방법에 있어서,
    리프트암의 위치 설정값과 리프트암 포지션 센서의 감지 신호의 차이에 따라 리프트암 위치값을 발생하고,
    트랙터의 주행 중 진동에 따른 피칭 센서의 감지 신호와 상기 감지 신호를 저주파 필터링한 신호의 합성신호에 따라 피칭 위치값을 발생하며,
    피칭 위치 설정값과 상기 피칭 위치값의 차이를 계산한 에러값이 데드 밴드 범위를 벗어나면, 솔레노이드의 전류값 조절에 따라 상기 리프트암 위치값과 상기 피칭 위치값이 각각의 데드 밴드 범위로 돌아올 때까지 히치 솔레노이드 밸브가 3점 링크기구와 이에 결합된 작업기를 상승 또는 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피칭 센서와 상기 리프트암 포지션 센서는 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 자이로스코프를 이용한 센서인 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피칭 센서는 트랙터의 후륜 주변에 설치되고 트랙터 후방의 기울임 변화에 대한 전기적 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 트랙터 댐핑 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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