KR101293995B1 - 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법 - Google Patents

전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법 Download PDF

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Abstract

전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 미속제어시스템은, 배터리 팩에 제공된 직류전원을 구동모터 구동에 필요한 교류전원으로 변환시키는 인버터, 구동모터 출력제어를 위한 콘트롤러 및, 사용자 조작에 따라 구동모터를 미속으로 제어하기 위한 신호를 출력하는 미속제어스위치;를 포함하고, 미속제어스위치 조작을 통해 전진 또는 후진 방향 미속제어신호가 콘트롤러로 입력되면, 콘트롤러는 의해 그 미속제어신호를 일정시간 안에 판단하고 인버터에 출력명령을 인가하며, 출력명령을 제공받은 인버터에 의해 이 인버터로서 제어 가능한 최소의 회전수로 전진 또는 후진 방향으로 구동모터에 대한 미속제어가 행해질 수 있도록 된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법{Creep control system and method of Electric type agriculture vehicle}
본 발명은 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 주행 동력원으로 모터를 사용하는 전기구동식 농용 작업차에서 경운(耕耘)을 위해 로타리와 같은 작업기를 기체 후방에 쉽게 탈부착할 수 있도록 전기구동식 농용 작업차의 미세한 움직임을 구현하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법에 관한 것이다.
'트랙터(Tractor)'라 불리우는 농용 작업차는 구조적으로 일반 자동차와 비슷하지만 강력한 엔진을 장착하고 있어 견인력이 좋고 튼튼하여 경작용(耕作用)으로 주로 이용되고 있다. 경작의 용도로 활용을 위해 기체 후방으로 다양한 형태의 작업기 예를 들어, 복토 내지는 땅을 고르는 정지작업을 위한 로터리 장치를 필요에 따라 선택적으로 부착하거나 떼어낼 수 있도록 되어 있다.
기계식 엔진(디젤엔진)을 장착하던 종래와는 달리 최근에는, 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 위해, 공해물질이 전혀 발생되지 않고 소음이 극히 적은 전기에너지를 이용하는 전기구동식에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 전기구동식은 또한, 종래 기계식 엔진방식과는 달리 복잡한 구성의 동력전달장치 등이 요구되지 않기 때문에 경량화 구현 및 기체 단순화에 유리한 장점이 있다.
종래 기계식 농용 작업차는 클러치 조작을 통해 미세한 저속 움직임이 구현되므로 기체 후방에 작업기를 연결하는 작업이 용이하게 이루어질 수 있다. 그러나 전기구동식의 경우 가속페달 조작을 통해 모터의 출력을 조정해야 하기 때문에, 작업기 탈부착을 위한 미세 움직임 구현이 어렵고, 따라서 작업기 탈부착을 위한 정확한 지점으로 기체를 이동시키기 위해서는 기체를 여러 번 앞뒤로 움직여야 하는 등의 문제가 있다.
일본공개특허 제2011-245906(공개일 2011. 12. 8)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 클러치가 구비되지 않은 전기트랙터와 같은 전기구동식 농용 작업차인 경우라도 기체 후방에 작업기 탈부착을 위한 미속 움직임이 용이하게 구현될 수 있도록 하고자 하는 것이다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 전기에너지를 축적하는 배터리 팩, 배터리 팩으로부터 제공받는 전기에너지로서 구동에 필요한 동력을 발생시키는 구동모터, 배터리 팩에 제공된 직류전원을 구동모터 구동에 필요한 교류전원으로 변환시키는 인버터, 구동모터 출력제어를 위한 콘트롤러 및, 사용자 조작에 따라 구동모터를 미속으로 제어하기 위한 신호를 출력하는 미속제어스위치;를 포함하고, 상기 미속제어스위치 조작을 통해 전진 또는 후진 방향 미속제어신호가 콘트롤러로 입력되면, 콘트롤러는 그 미속제어신호를 일정시간 안에 판단하고 인버터에 출력명령을 인가하며, 출력명령을 제공받은 인버터에 의해 이 인버터로서 제어 가능한 최소의 회전수로 전진 또는 후진 방향으로 구동모터에 대한 미속제어가 행해질 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템을 제공한다.
이때, 상기 콘트롤러에 의한 미속제어신호 판단을 위한 일정시간은 0.1초 이내로 설정함으로써, 스위치 조작에 따른 타임 딜레이(Time delay)를 최소화하여 반응성이 향상될 수 있도록 하는 것이 좋다.
그리고, 상기 콘트롤러는 가속페달 조작이 없는 상태에서 상기 미속제어스위치를 통해 미속제어신호가 입력된 경우에만 이 미속제어신호를 정상신호로 인식할 수 있도록 설정함이 바람직하다.
또한, 상기 미속제어스위치는, 기체에서 하차한 운전자(사용자)가 기체 후방에 배치된 연결대상 작업기와의 거리를 직접 육안으로 확인하면서 정밀한 미속제어를 위한 조작을 행할 수 있도록, 기체 후미부에 배치하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 미속제어스위치는 전진/중립/후진으로 구분되는 조작접점을 갖는 3단 리턴 스위치일 수 있다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 가속페달의 조작여부를 판단하는 단계; (b) 가속페달의 조작이 없는 상태에서 미속제어스위치를 통해 구동모터 미속제어를 위한 미속제어신호가 입력되었는가를 판단하는 단계; (c) 미속제어신호가 입력된 경우 일정시간 안에 해당신호가 전진방향 미속제어신호인지 후진방향 미속제어신호인지를 판단하고 인버터에 출력명령을 인가하는 단계; 및 (d) 출력명령을 제공받은 인버터를 통해 이 인버터로서 제어 가능한 최소의 회전수로 구동모터를 미속 제어하는 단계;를 포함하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법에 의하면, 미속제어스위치의 조작을 통해 클러치를 구비하지 않는 전기구동식 농용 작업차인 경우도 미속의 움직임을 구현할 수 있고, 따라서 차량 후방에 경운(耕耘)을 위한 작업기 예컨대, 로터리 기계 등을 선택적으로 탈부착함에 있어 미세한 차량 움직임을 통해 보다 정확하면서도 효과적인 탈부착이 행해질 수 있다.
즉, 전기구동식 농용 작업차가 미세한 움직임을 가질 수 있도록 하는 제어시스템 및 방법(로직)을 통해, 작업기 탈부착을 위해 기체를 후진 또는 전진 이동시키는 경우 연결링크가 정확한 결속 또는 해체가 이루어지는 지점에 위치하도록 아주 천천히 기체를 이동시킬 수 있게 됨으로써, 말해 작업기 탈부착을 위해 기체를 여러 번 앞뒤로 움직이지 않고도 쉽게 기체 후방으로 작업기를 부착하거나 기체로부터 떼어낼 수 있다.
도 1은 본 발명이 일 측면에 따른 미속제어시스템을 채택한 전기구동식 농용 작업차의 측면도.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 전기구동식 농용 작업차 미속제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록구성도.
도 3은 전기구동식 농용 작업차 미속제어를 위한 제어로직을 나타내는 플로우 챠트.
도 4는 미속제어시스템에 의한 미속제어를 통해 작업기를 향해 이동되는 전기구동식 농용 작업차를 도시한 도면.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명이 일 측면에 따른 미속제어시스템을 채택한 전기구동식 농용 작업차의 측면도이며, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 전기구동식 농용 작업차 미속제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록구성도이다. 이를 참조하여 먼저 본 발명의 일 측면에 따른 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 이를 적용하고 있는 전기구동식 농용 작업차의 개략적인 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 일 측면에 따른 미속제어시스템은 사용자(운전자)의 선택적 조작에 따라 구동모터(3)를 미속으로 제어하기 위한 신호를 출력하는 미속제어스위치(7)를 포함한다. 미속제어스위치(7)는 상기 구동모터(3)의 출력을 제어하는 콘트롤러(5)에 전기적으로 연결되며, 구동모터(3)는 전기에너지를 축적하고 있는 배터리 팩(1)으로부터 구동에 필요한 전기에너지를 제공받아 구동에 필요한 동력을 발생시킨다.
배터리 팩(1)은 직렬 연결되는 다수의 배터리 셀들에 의해 구성되고 보닛에 의해 보호되는 전륜 측 보닛공간(2)으로 로딩/언로딩 가능하게 탑재됨으로써 교체가 용이하다. 이러한 배터리 팩(1)에서 제공되는 전원은 직류이며 구동모터(3)는 정/역 구동을 위해 교류전원을 필요로 한다. 따라서 배터리 팩(1)에서 제공된 직류전원을 구동모터(3) 구동에 필요한 교류로 변화시키는 인버터(Inverter, 4)를 구비한다.
인버터(4)는 주행모터 출력제어를 위한 콘트롤러(5)와 전기적으로 연결된다. 따라서 상기 미속제어스위치(7) 조작을 통해 전진 또는 후진 방향 미속제어신호가 상기 콘트롤러(5)로 입력되면, 콘트롤러(5)는 그 미속제어신호를 일정시간 안에 판단하고 상기 인버터(4)에 출력명령을 인가한다. 그리고 그 출력명령을 제공받은 인버터(4)는 이 인버터(4)로서 제어 가능한 최소의 회전수로 구동모터(3)의 정/역 회전을 제어함으로써 미속주행이 구현될 수 있다.
전기구동식 농용 작업차의 미속주행 즉, 미세한 움직임이 구현되면, 미세한 차량 움직임이 요구되는 경우 예컨대, 차량 후방에 작업기(8, 도 4 참조)를 선택적으로 탈부착하는 경우, 기체를 후진 또는 전진 방향으로 아주 천천히 이동시키는 조작을 통해 작업기(8)와의 결속 또는 해체가 정확하게 이루어지는 위치로 이동시킬 수 있다. 따라서 손쉽게 기체 후방으로 작업기(8)를 부착하거나 기체로부터 떼어낼 수 있다.
미속제어스위치(7)로부터 미속제어신호가 입력된 경우의 상기 콘트롤러(5)에 의한 미속제어신호 판단을 위한 일정시간은 0.1초 이내가 되도록 설정하는 것이 좋다. 미속제어신호가 입력된 직후 짧은 시간 내에 이를 판단하고 인버터(4)에 출력명령을 인가하게 되면, 미속제어스위치(7) 조작에 따른 타임 딜레이(Time delay) 최소화를 통해 미속제어스위치(7) 조작 시 빠른 반응성을 갖는 전기구동식 농용 작업차를 구현할 수 있기 때문이다.
콘트롤러(5)는 가속페달(6) 조작이 없는 상태에서 상기 미속제어스위치(7)를 통해 미속제어신호가 입력된 경우에만 이 미속제어신호를 정상신호로 인식할 수 있도록 설정되어 있다. 따라서 가속페달(6)의 변위를 크게 하는 조작을 통해 기체가 빠르게 움직이거나 미세조작을 통해 기체가 저속으로 움직이는 상태에서는 미속제어스위치(7)를 통해 미속제어신호가 입력되더라도 그 신호는 무시된다.
미속제어스위치(7)는 기체에서 하차한 운전자(사용자)가 기체 후방으로 배치되는 연결대상 작업기(8)와의 거리를 직접 육안으로 확인하면서 정밀한 미속제어를 위한 조작이 용이하게 행해질 수 있는 위치에 마련될 수 있다. 예를 들어, 도면과 같이 기체 후미부 구체적으로는, 후륜을 덮는 휠 커버 상에 배치되는 것이 좋다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 운전석 및 지상에 내린 상태에서 모두 조작이 용이한 위치라면 특별한 제한은 없다.
미속제어스위치(7)는 전진/중립/후진으로 구분되는 조작접점을 갖는 3단 리턴 스위치(도 1의 부분 확대도 참조)일 수 있다. 즉, 전진 또는 후진 방향으로 스위치를 선택조작하면 해당방향 스위치가 온(ON)됨으로써 누르는 동안 계속해서 해당방향 미속제어를 위한 신호가 출력되고, 스위치에서 손을 떼면 중립의 위치로 탄성 복원될 수 있는 구성의 스위치일 수 있다. 하지만 이 역시 이에 한정되는 것은 아니다.
전기구동식 농용 작업차 미속제어를 위한 제어로직을 통해 상기와 같은 전기구동식 농용 작업차 미속제어시스템을 통해 행해질 수 있는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어과정에 대해 간단하게 살펴보기로 한다.
도 3은 전기구동식 농용 작업차 미속제어를 위한 제어로직을 나타내는 플로우 챠트이다.
도 3을 참조하면, 가속페달 조작여부가 콘트롤러를 통해 판단된다. 가속페달이 조작된 경우 콘트롤러는 가속페달 변위에 상응하는 값으로 구동모터의 출력 조절을 위한 제어를 실행함으로써 기체는 가속페달 변위에 비례하는 속도로 주행을 하게 되고, 가속페달 조작이 없는 상태에서는 미속제어스위치를 통해 구동모터 미속제어를 위한 미속제어신호가 입력되었는가를 판단한다.
가속페달이 조작되지 않았고 미속제어스위치로 미속제어를 위한 미속제어신호가 입력되었다면, 콘트롤러는 다음 단계로서 타임 딜레이를 최소화하기 위해 미리 설정된 일정시간(0.1초) 내에 입력된 해당신호가 전진방향 미속제어신호인지 아니면 후진방향 미속제어신호인지를 판단한다. 그리고 나서 배터리 팩 전원을 변환하는 인버터에 구동모터 미속제어를 위한 출력명령을 인가한다.
계속해서, 미속제어를 위한 출력명령이 인버터에 제공되면, 인버터는 배터리 팩으로부터 제공되는 직류전원을 구동모터 구동에 필요한 교류전원으로 바꿔 상기 구동모터에 제공한다. 이때 미속제어스위치를 통해 입력된 방향을 따라 상기 인버터로서 제어 가능한 최소의 회전수로 구동모터는 미속제어 되며, 이에 따라 전기구동식 농용 작업차는 전진/후진 방향을 따라 미세하게 움직일 수 있게 되는 것이다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템 및 미속제어방법에 의하면, 미속제어스위치의 조작을 통해 클러치가 구비되지 않는 전기구동식 농용 작업차인 경우도 미속의 움직임을 구현할 수 있고, 따라서 차량 후방에 경운(耕耘)을 위한 작업기 예컨대, 도 4와 같이 로터리 기계 등을 선택적으로 탈부착함에 있어 미세한 차량 움직임을 통해 보다 정확하면서도 효과적인 탈부착이 행해질 수 있다.
즉, 전기구동식 농용 작업차가 미세한 움직임을 가질 수 있도록 하는 제어시스템 및 방법(로직)을 통해, 작업기 탈부착을 위해 기체를 후진 또는 전진 이동시키는 경우 연결링크가 정확한 결속 또는 해체가 이루어지는 지점에 위치하도록 아주 천천히 기체를 이동시킬 수 있다. 다시 말해 작업기 탈부착을 위해 기체를 여러 번 앞뒤로 움직이지 않고도 쉽게 기체 후방으로 작업기를 부착하거나 기체로부터 떼어낼 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 배터리 팩
2 : 보닛공간
3 : 구동모터
4 : 인버터
5 : 콘트롤러
6 : 가속페달
7 : 미속제어스위치
8 : 작업기

Claims (6)

  1. 전기에너지를 축적하는 배터리 팩, 배터리 팩으로부터 제공받는 전기에너지로서 구동에 필요한 동력을 발생시키는 구동모터, 배터리 팩에 제공된 직류전원을 구동모터 구동에 필요한 교류전원으로 변환시키는 인버터, 구동모터 출력제어를 위한 콘트롤러 및, 사용자 조작에 따라 구동모터를 미속으로 제어하기 위한 신호를 출력하는 미속제어스위치;를 포함하고,
    상기 미속제어스위치 조작을 통해 전진 또는 후진 방향 미속제어신호가 콘트롤러로 입력되면, 콘트롤러는 일정시간 안에 미속제어신호를 판단하여 인버터에 출력명령을 인가하되, 가속페달 조작이 없는 상태에서 미속제어신호가 입력된 경우에 한하여 미속제어신호를 정상신호로 인식해 인버터에 출력명령을 인가하며,
    출력명령을 제공받은 인버터는 이 인버터를 통해 제어 가능한 최소의 회전수로 전진 또는 후진 방향으로 구동모터를 미속 제어하는 것을 특징으로 하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콘트롤러에 의한 미속제어신호 판단을 위한 일정시간은 0.1초 이내인 것을 특징으로 하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미속제어스위치는, 기체에서 하차한 운전자(사용자)가 기체 후방에 배치된 연결대상 작업기와의 거리를 직접 육안으로 확인하면서 정밀한 미속제어를 위한 조작을 행할 수 있도록 기체 후미부에 마련되는 것을 특징으로 하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미속제어스위치는 전진/중립/후진으로 구분되는 조작접점을 갖는 3단 리턴 스위치인 것을 특징으로 하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어시스템.
  6. (a) 가속페달의 조작여부를 판단하는 단계;
    (b) 가속페달의 조작이 없는 상태에서 미속제어스위치를 통해 구동모터 미속제어를 위한 미속제어신호가 입력되었는가를 판단하는 단계;
    (c) 미속제어신호가 입력된 경우 일정시간 안에 해당신호가 전진방향 미속제어신호인지 후진방향 미속제어신호인지를 판단하고 인버터에 출력명령을 인가하는 단계; 및
    (d) 출력명령을 제공받은 인버터를 통해 이 인버터로서 제어 가능한 최소의 회전수로 구동모터를 미속 제어하는 단계;를 포함하는 전기구동식 농용 작업차의 미속제어방법.
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