KR101284163B1

KR101284163B1 - 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치

Info

Publication number: KR101284163B1
Application number: KR1020110139398A
Authority: KR
Inventors: 김성곤; 조상현; 김태준; 김영찬; 조완진; 이익성; 전문수; 김은주
Original assignee: 재단법인 전북자동차기술원
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-09
Also published as: KR20130071916A

Abstract

본 발명은 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치에 관한 것으로, 리니어모터(100)와; 상기 리니어모터(100)의 상부로 돌출 형성되며, 선단이 변속핀(32)과 접촉되는 접촉부재(170)와; 상기 리니어모터(100)의 슬라이딩 동작에 따른 정보를 검출하는 엔코더(160)와; 상기 쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)에 가해지는 부하를 측정하는 로드셀(L)과; 상기 엔코더(160)와 상기 로드셀(L)로부터 발생되는 신호를 변환하는 A/D변환부(200) 및; 상기 리니어모터(100)를 제어하여 상용차에서 발생하는 부하특성을 모사하는 PLC 모션제어기(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 쉬프트 액추에이터를 실차에 장착하지 않고도 실내의 안정된 환경에서 테스트할 수 있기 때문에 안정적이며 신뢰할 수 있는 테스트 결과를 얻을 수 있다.

Description

리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치{REACTION FORCE SIMULATION DEVICE USING LINEAR MOTOR FOR SHIFT ACTUATOR OF COMMERCIAL VEHICLE}

본 발명은 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 모사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동변속기용 쉬프트 액추에이터를 상용차에 실제로 장착하지 않고도 쉬프트 액추에이터가 제대로 작동되는지 여부를 테스트할 수 있도록 실제의 상용차에 장착되었을 때 쉬프트 액추에이터에 가해질 수 있는 부하특성을 리니어모터에 의해 모사하는 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 자동변속기는 클러치의 기능과 트랜스미션의 기능을 동시에 자동적으로 수행하는 부품으로서 이를 위해 자동변속기에는 쉬프트 액추에이터(shift actuator)와 클러치 액추에이터(clutch actuator)가 구비되는데, 이 중 쉬프트 액추에이터는 트럭과 같은 상용차에서 전자제어장치(TCU, Transmission Control Unit)의 제어를 받아 트랜스미션의 기어를 변환시켜 차량의 속도를 변속하는 장치이다.

첨부된 도면의 도 1은 상용차에 일반적으로 사용되고 있는 쉬프트 액추에이터의 구조를 나타낸 사시도로서 이 도면을 참조하면 쉬프트 액추에이터는 전자제어장치(TCU)의 제어에 따라 구동되는 제1모터(10)와; 제1모터(10)의 제1회전축(11)에 설치되어 제1회전축(11)의 회전에 의해 회전되는 샤프트홀더(12)와; 샤프트홀더(12)에 고정되며 제1회전축(11)과 수직으로 설치되고 스플라인이 구비되는 샤프트(30)와; 샤프트(30)의 스플라인의 외주면에 장착되며 변속핀(32)이 형성된 이너 스플라인(31)과; 전자제어장치(TCU)에 의해 제어되는 제2모터(20)와; 제2모터(20)의 제2회전축(21)에 설치되어 제2회전축(21)의 회전운동을 직선운동으로 전환해 주는 스핀들(22) 및 스핀들(22)의 직선운동을 이너 스플라인(31)으로 전달하는 연결핀(40)으로 구성되며, 위 변속핀(32)은 이너 스플라인(31)의 동작에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되면서 트랜스미션의 기어와 연결된 쉬프트 레일의 러그(도면에 도시하지 않음)와 결합 또는 분리된다.

위와 같은 구조로 이루어진 쉬프트 액추에이터의 동작을 살펴보면, 차량의 변속레버의 위치, 자동미션오일(ATF, Automatic Transmission Fluid)의 온도, 가속페달의 정보 및 운전자의 요구 등이 전자제어장치(TCU)에 입력되면 전자제어장치(TCU)는 이 정보들로부터 차량의 상황과 운전자의 요구를 판단하여 이 판단에 따라 차량의 기어를 변속하기 위해 제1모터(1) 및 제2모터(2)를 제어 및 구동하기 위한 제어신호를 발생시킨다.

전자제어장치(TCU)의 제어신호에 의해 먼저 제2모터(20)가 구동되고, 이에 의해 제2회전축(21)이 회전되면서 적절한 쉬프트 레일의 러그에 변속핀(32)이 위치하도록 이너 스플라인(3A)을 이동시킨다. 이후 전자제어장치(TCU)의 제어신호에 의해 제1모터(10)가 구동되면 이에 의해 제1회전축(12)이 회전되면서 제2회전축(30)을 기준으로 샤프트홀더(11)를 반시계 방향으로 회전시키고, 이에 의해 제2회전축(21)에 체결된 이너 스플라인(31)이 회전되면서 변속핀(32)이 쉬프트 레일의 러그를 작동시켜 기어를 체결한다.

상기와 같은 과정에 의해 기어 변환이 이루어질 때 변속핀(32)에는 첨부된 도면의 도 2(a)에 도시된 바와 같은 시간의 경과에 따른 부하가 가해지며 특히 새로운 기어와 체결되는 시점(도 2(a)의 점선안)에서의 변속핀(32)에 가해지는 부하는 도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 바와 같이 그 변위가 짧으며(10 mm), 큰 부하(150 Kgf) 및 빠른 동작 시간(0.15 sec.)이 요구되는 부하특성을 가진다.

한편 상기와 같은 구조의 쉬프트 액추에이터를 제작한 후에 제작된 쉬프트 액추에이터가 위와 같은 부하특성에 맞추어 변속동작을 제대로 수행하는지 여부를 확인하기 위해 종래에는 제작된 쉬프트 액추에이터를 상용차에 실제로 장착하여 테스트하는 방법으로 이루어졌다.

이와 같이 제작된 쉬프트 액추에이터를 상용차에 실제로 장착하여 테스트하는 방법은 쉬프트 액추에이터를 상용차에 장착하는 과정과 테스트 이후 장착된 쉬프트 액추에이터를 탈착하는 과정에서 많은 인력과 시간 및 비용이 소요되는 문제가 있다.

이에 더하여 제작된 쉬프트 액추에이터에 의해 가해진 토크가 실제로 요구되는 부하특성을 만족하는 지를 확인할 수 없다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 자동변속기용 쉬프트 액추에이터를 상용차에 실제로 장착하지 않고도 쉬프트 액추에이터가 제대로 작동되는지 여부를 테스트할 수 있도록 실제의 상용차에 장착되었을 때 쉬프트 액추에이터에 가해질 수 있는 부하특성을 모사하여 쉬프트 액추에이터에 가하도록 하는 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 체결되는 기어의 단수 또는 적용되는 차량에 따라 다를 수 있는 쉬프트 액추에이터의 부하를 자유로이 변경할 수 있도록 하여 다양한 종류 또는 조건하에서 쉬프트 액추에이터를 테스트할 수 있는 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치를, 리니어모터와; 상기 리니어모터의 상부로 돌출 형성되며, 선단이 변속핀과 접촉되는 접촉부재와; 상기 리니어모터의 슬라이딩 동작에 따른 정보를 검출하는 엔코더와; 상기 쉬프트 액추에이터의 변속핀에 가해지는 부하를 측정하는 로드셀과; 상기 엔코더와 상기 로드셀부터 발생되는 신호를 변환하는 A/D변환부 및; 상기 리니어모터를 제어하여 상용차에서 발생하는 부하특성을 모사하는 PLC 모션제어기를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 상기 리니어모터는 고정자가 구비되는 베이스플레이트와; 상기 베이스플레이트에 설치되는 한 쌍의 리니어가이드와; 상기 리니어가이드에 결합되며, 상기 고정자와 대응되는 가동자가 구비되어 상기 리니어가이드를 따라 전후진 운동하는 슬라이드를 포함하는 것으로 실시될 수 있다.

또한 상기 엔코더는 상기 리니어가이드에 평행하게 설치되는 스케일과; 상기 슬라이드에 설치되며, 상기 스케일을 따라 이동되는 헤드로 이루어지는 것으로 실시될 수 있고, 이에 더하여 상기 엔코더의 정보를 출력하는 디스플레이를 더 포함하는 것으로 실시될 수 있다.

본 발명에 따르면 상용차용 쉬프트 액추에이터를 상용차에 실제로 장착하지 않고도 실제의 상용차에 장착되었을 때 쉬프트 액추에이터에 가해지는 부하특성을 모사하여 테스트할 수 있기 때문에 쉬프트 액추에이터의 정상 여부를 신속하고 정확하게 판단할 수 있다.

또한 본 발명은 체결되는 기어의 단수 또는 적용되는 차량에 따라 다를 수 있는 쉬프트 액추에이터의 부하특성을 리니어모터를 제어하는 것만으로도 가변할 수 있어 다양한 종류의 쉬프트 액추에이터를 다양한 조건하에서 간편하게 테스트할 수 있다.

이에 더하여 본 발명은 쉬프트 액추에이터에 의해 기어를 변환할 때 기어로부터 가해지는 부하특성과 부하 프로파일과 관련된 데이터를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 쉬프트 액추에이터에 의해 가해진 토크가 이 부하특성을 벗어나는지 여부도 아울러 확인할 수 있어 쉽게 수정 및 보완할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 쉬프트 액추에이터의 사시도,
도 2(a)는 쉬프트 액추에이터에 의해 기어를 변환하는 경우에 있어서의 전체 부하특성을 나타내는 그래프,
도 2(b)는 도 2(a)의 쉬프트 액추에이터에 가해지는 부하특성 중 기어를 체결 및 해제할 때의 부하특성을 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치의 사시도,
도 5는 도 3의 분리 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치의 동작 상태도이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 상용차용 쉬프트 액추에이터를 테스트하기 위해 기어 변환시 발생되는 부하특성을 모사하여 쉬프트 액추에이터에 가할 수 있도록 하는 부하 모사장치를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명은 이를 위해 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 리니어모터(100), 엔코더(160), 접촉부재(170), A/D변환부(200) 및 PLC 모션제어기(300)로 이루어진다.

리니어모터(100)는 체인 및 기어와 같은 기계적 변환장치 없이도 직선 운동이 가능하므로 볼-스크류(ball-screw) 방식 혹은 랙-피니언(rack-pinion) 방식의 선형운동 전환장치와 달리, 소음이나 백-래쉬(back-lash)로 인한 문제가 없으며 수명이 길고 유지보수가 쉽다는 장점이 있다. 특히 리니어모터(100)는 입력 전원에 의해 직접 슬라이딩 동작을 생성하기 때문에 다른 선형 운동기구보다 매우 높은 가속 성능을 쉽게 얻을 수 있으며 또한 수㎛의 정밀한 위치제어가 가능하다는 장점이 있다.

이러한 리니어모터(100)는 고정자(120)가 구비되는 베이스플레이트(110)와, 베이스플레이트(110)에 설치되는 한 쌍의 리니어가이드(130)와, 리니어가이드(130)에 결합되며, 고정자(120)와 대응되는 위치에 가동자(140)가 구비되어 리니어가이드(130)를 따라 전후진 운동하는 슬라이드(150)로 이루어진다.

그리고 고정자(120)는 한 쌍의 리니어가이드(130) 사이에 위치하고 슬라이드(150)는 가동자(140)의 동작에 따라 슬라이딩된다.

그리고 리니어모터(100)의 상부쪽으로 접촉부재(170)가 돌출 형성되고, 이러한 접촉부재(170)는 슬라이드(150)에 연결되어 쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)에 접촉 지지되는데, 이러한 구성에 의해 쉬프트 액추에이터가 동작되면 변속핀(32)이 좌우로 이동되고, 이에 의해 슬라이드(150)의 위치가 변위된다.

또한 슬라이드(150)가 위치 이동될 때 그 변위를 검출할 수 있도록 스케일(161)과 헤드(162)로 이루어진 엔코더(160)가 설치되는데, 이 중 스케일(161)은 리니어가이드(130)에 평행하게 설치되고, 헤드(161)는 슬라이드(150)에 설치되며, 이에 의해 눈금이 새겨진 스케일(161)을 따라 헤드(162)가 이동하면서 펄스를 읽어 들여 아날로그 신호를 발생시킨다.

그리고 접촉부재(170)에는 쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)에 가해지는 반력(부하)을 측정할 수 있도록 로드셀(L)이 설치된다.

엔코더(160)와 로드셀(l)로부터 검출되는 신호를 처리하기 위해 A/D변환부(200)가 구비되며, 이러한 A/D변환부(200)는 엔코더(160)와 로드셀(L)로부터의 신호를 수신하여 디지털 신호로 출력하며, A/D변환부(200)로부터 출력되는 디지털신호는 후술하는 디스플레이(400)를 통해 출력된다.

PLC 모션제어기(300)는 리니어모터(100)의 토크, 속도, 위치 등을 제어하여 기어 변환시 쉬프트 액추에이터(1)에 의해 가해지는 반력 즉, 부하특성이 모사되도록 하는 것으로, 이때 이를 위해 PLC 모션제어기(300)에는 반력에 상당하는 부하가 나타나도록 미리 입력된다.

이때 본 발명은 기본적으로 상용차의 기어 변환시 발생되는 도 2(b)에 도시된 바와 같은 부하특성을 리니어모터(100)를 통해 가장 유사하게 모사하여 쉬프트 액추에이터(1)를 상용차에 실제로 장착하지 않고도 장착한 것과 같은 환경에서 테스트할 수 있도록 하는 것이므로, 부하 프로파일을 그대로 모사하는 것이 중요한 것이 아니라 기어의 변환 과정에서 발생되는 부하특성 중에서도 기어가 변환되는 시점의 크기에 상당하는 부하에 가장 근접되도록 모사하는 것이 특히 중요하다.

즉, 본 발명은 상용차에서 기어 변환시 발생되는 부하특성이 모사되도록 하는 것으로, 이때의 부하는 쉬프트 액추에이터(1)에 반발력으로 인가되는 부하를 의미한다.

쉬프트 액추에이터(1)에서 기어가 변환되는 시점의 부하를 모사하기 위해서는 전자제어장치(TCU)에 의해서 동작되는 쉬프트 액추에이터(1)의 동작 중에서 기어 변환이 이루어지는 시점과 PLC 모션 제어기(300)에서 슬라이드(150)의 변위시점을 동기화시키는 과정이 필요하다. 이 동기화 과정을 위해 CAN(Controller Area Network) 데이터 변환기를 통한 전자제어장치(TCU)와 PLC 모션제어기(300)의 통신을 구현할 수 있다.

디스플레이(400)는 엔코더(160)로부터 수신되는 정보를 출력하는 장치로, 이 디스플레이(400)를 통해 각종 정보가 디스플레이될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 부하 모사장치를 이용하여 쉬프트 액추에이터를 테스트 하는 과정에 대해 설명한다.

첨부된 도면의 도 6은 본 발명에 따른 쉬프트 액추에이터 모사 장치의 동작 상태도이다.

본 발명의 리니어모터(100)는 PLC 모션제어기(300)에 의해 기어 변환시 발생하는 부하특성을 모사하도록 세팅되어 있고, 이 상태에서 테스트 대상인 쉬프트 액추에이터(1)의 변속핀(32)을 슬라이드(150)의 접촉부재(170)에 접촉되도록 설치한다.

이후 쉬프트 액추에이터(1)의 변속동작을 수행하여 변속동작 중에서 변속이 이루어지는 시점부터 변속이 완료되는 시점까지 쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)의 구동에 따른 슬라이드(150)의 슬라이딩 동작과 부하가 엔코더(160)와 로드셀(L)을 통해 검출되고, 이들 정보는 A/D변환기(200)로 송출된다.

상기 과정에 의해 슬라이드(150)의 슬라이딩 동작과 부하와 관련된 신호가 A/D변환기(200)에 수신되면 A/D변환기(200)에서는 이들 수신하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 디스플레이(400)에 제공하며, 디스플레이(400)에서는 테스트 중인 쉬프트액추에이터(1)의 정상 동작 여부를 각종 정보를 통해 확인한다.

이상 설명한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 쉬프트 액추에이터의 부하 모사장치는 쉬프트 액추에이터를 실차에 장착하지 않고도 실내의 안정된 환경 하에서 테스트할 수 있기 때문에 안정적이며 신뢰할 수 있는 테스트 결과를 얻을 수 있다.

100 : 리니어모터 110 : 베이스 플레이트
120 : 고정자 130 : 리니어가이드
140 : 가동자 150 : 슬라이드
160 : 엔코더 161 : 스케일
162 : 헤드 170 : 접촉부재
200 : A/D변환부 300 : PLC 모션제어기
400 : 디스플레이 L : 로드셀

Claims

쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)에 가해지는 부하특성을 모사하기 위한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치에 있어서,
리니어모터(100)와;
상기 리니어모터(100)의 상부로 돌출 형성되며, 선단이 변속핀(32)과 접촉되는 접촉부재(170)와;
상기 리니어모터(100)의 슬라이딩 동작에 따른 정보를 검출하는 엔코더(160)와;
상기 쉬프트 액추에이터의 변속핀(32)에 가해지는 부하를 측정하는 로드셀(L)과;
상기 엔코더(160)와 상기 로드셀(L)로부터 발생되는 신호를 변환하는 A/D변환부(200) 및;
상기 리니어모터(100)를 제어하여 상용차에서 발생하는 부하특성을 모사하는 PLC 모션제어기(300)를 포함하고,
상기 리니어모터(100)는 고정자(120)가 구비되는 베이스플레이트(110)와;
상기 베이스플레이트(110)에 설치되는 리니어가이드(130)와;
상기 리니어가이드(130)에 결합되며, 상기 고정자(120)와 대응되는 위치에 가동자(140)가 구비되어 상기 리니어가이드(130)를 따라 전후진 운동하는 슬라이드(150)를 포함하고,
상기 PLC 모션제어기(300)는 쉬프트 액추에이터에서 기어가 변환되는 시점의 부하를 모사하기 위해 전자제어장치(TCU)에 의해 동작되는 쉬프트 액추에이터의 동작 중에서 기어 변환이 이루어지는 시점과 상기 슬라이드(150)의 변위시점을 동기화하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 엔코더(160)는 상기 리니어가이드(130)에 평행하게 설치되는 스케일(161)과; 상기 슬라이드(150)에 설치되며, 상기 스케일(161)을 따라 이동되는 헤드(162)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치.
청구항 1에 있어서,
상기 엔코더(160)의 정보를 디스플레이하는 디스플레이(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모터를 이용한 상용차용 쉬프트 액추에이터 부하 모사장치.