KR101822952B1 - 견인 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭 및 화물 적재 트럭의 견인 시스템을 제어하는 방법 - Google Patents

견인 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭 및 화물 적재 트럭의 견인 시스템을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

화물 적재 트럭(1)에 견인 시스템이 제공되는데 상기 시스템은 기계적 구동트레인(4)에 의해 내연기관(5)에 연결되는 기계적으로 구동되는 후륜 견인 차륜들의 제 1 쌍(2a, 2b), 차축(7) 상에 장착되고 한 쌍의 유압 차륜 모터에 의해 유압으로 동력이 공급되는 조종가능한 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b) 및 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)을 구동하도록 배치되는 유압 펌프(9)를 포함하는 유압 회로를 포함한다. 견인 시스템은 또한 유압 펌프(9)에 연결되고 하나의 후륜(2a, 2b)의 회전 속도 및 유압 차륜 모터들(8a, 8b)이 제공되는 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 조향 각에 의존하여 유압 펌프(9)의 작동을 제어하도록 적용되는 제어 유닛(10)을 포함한다.

Description

견인 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭 및 화물 적재 트럭의 견인 시스템을 제어하는 방법{LOAD CARRYING TRUCK PROVIDED WITH A TRACTION SYSTEM AND A METHOD FOR THE CONTROL OF A TRACTION SYSTEM OF A LOAD CARRYING TRUCK}
본 발명은 차량용 구동 트레인 제어를 위한 시스템들과 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 특히 화물 적재 트럭(load carrying truck)을 위한 보완 추진 유닛(complementary propulsion unit)을 제어하는 특징에 관한 것이다.
화물 적재 트럭들을 위하여, 때때로 차량에 예를 들면 후륜(rear wheel)들의 쌍뿐만 아니라 전륜들의 쌍 상에 구동력이 제공되는 것과 같이 일부 차륜(wheel) 쌍들 상에 구동력을 제공하기 위한 바람이 존재한다는 것이 알려져 있다. 많은 경우에 있어서, 하나 또는 일부 차륜 쌍들이 견인력 요구에 따라 동력원으로부터 연결되거나 분리될 수 있는 것과 같이 차량의 견인을 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 추진 유닛은 모든 구동 차륜을 위하여 동일할 수 있거나 또는 서로 다른 동력원들의 조합, 예를 들면, 내연기관에 연결되는 기계적 구동트레인(drivetrain) 및 유압 모터들에 연결되는 유압 동력원이 제공되는 차량일 수 있다. 그러한 기계적 구동트레인과 유압 모터들의 조합이 제공되는 차량이 예를 들면 유럽특허 제 EP 1 886 861에 개시된다. 미국특허 제 US2002/0027025는 모든 차륜 구동 차량을 위한 조향-차륜 회전 수 보정 시스템을 설명한다. 모든 차륜 구동 차량은 트랜스미션을 통하여 전달되는 엔진의 출력에 의해 구동되는 뒤 차륜, 엔진의 출력을 받는 유압 펌프 및 앞 차륜을 구동하기 위하여 유압 펌프로부터 오일의 전달에 의해 회전되는 유압 모터를 갖는다. 본 발명에서 설명되는 유압 시스템은 각각의 분기된 흐름 경로들의 각각의 면 상에 스로틀을 갖는 흐름 전환 밸브를 포함한다.
비록 후륜들과 전륜들 모두 상에 견인력이 제공되는 종래의 차량이 후륜들 또는 전륜들 하나 상에만 견인력이 제공되는 차량보다 차량의 향상된 견인을 제공하나, 여전히 화물 적재 트럭의 더 향상된 견인을 위한 바람이 존재한다.
본 발명의 목적은 전륜들과 후륜들 모두 상에 견인이 제공되는 화물 적재 트럭의 기능성을 향상시키기 위한 시스템 및/또는 방법을 제공한다. 본 발명은 특히 한 쌍의 후륜의 견인을 위한 기계적 구동 트레인 및 또 다른 쌍의 바퀴, 바람직하게는 한 쌍의 전륜의 견인을 위한 유압 추진 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭에 관한 것이다. 화물 적재 트럭은 바람직하게는 무거운 화물 적재 형태이며 특히 거친 상태들, 예를 들면, 길(path)이 단단하지 않거나(loose) 진흙투성일 수 있고 원하는 작은 가도(provisional road) 또는 산림 내의 길 상에서 추가의 견인력이 사용될 수 있는 목재 적재 트럭들에 유용하다.
위에서 설명된 종류의 화물 적재 트럭은 따라서 바람직하게는 정상 도로 상에서 상대적으로 높은 속도, 예를 들면, 90 ㎞/h까지 부드럽게 구동함과 동시에, 또한 비포장의 가도 상에서 낮은 속도로의 견인을 보장하도록 적용되어야만 한다. 위에 예시된 것과 같은 서로 다른 조건들 하에서 바람직한 방법으로 기능을 하기 위하여, 보완 구동(complementary drive), 즉, 유압으로 추진되는 전륜들은 높은 속도로 운전하고 원할 때 상대적으로 낮은 속도들에서 정상적으로 추가의 견인력을 제공할 수 제공할 수 있을 때 분리될 수 있어야만 한다. 비록 때때로 50 ㎞/h까지 사용할 수 있는 것이 바람직하더라도 일반적으로, 30 ㎞/h를 넘어 보완 유압 추진 유닛들을 사용할 필요가 없다. 화물 적재 트럭에 적어도 하나의 차축이 기계적 구동트레인에 의해 내연기관에 구동식으로(drivingly) 연결되는 하나 또는 일부 뒤 차축(rear axle)이 제공될 수 있다. 기계적으로 구동되는 뒤 차축들에 일반적으로 서로 다른 기능이 제공되며 내연기관을 구동 차축들에 연결하는 기계적 구동트레인은 계단식 기어박스를 거쳐 정상적으로 연결된다. 화물 적재 트럭은 또한 적어도 한 쌍의 차륜에 각각 유압 모터가 제공된 조종가능한 차륜들이 제공되는 하나 또는 일부의 전륜을 가질 수 있다. 모터들은 예를 들면 차륜들과 함께 회전하며 따라서 회전 하우징을 갖는 허브(hub) 모터들일 수 있다. 원할 때, 예를 들면, 단단하지 않거나 진흙 지면 상의 저속도에서 유압 모터들은 일반적으로 유압 견인만이 사용되는 것과 같이 분리될 수 있다. 유압 모터들은 가변 또는 고정 변위를 가질 수 있다.
유압 모터들은 유압 시스템의 일부분을 형성하며 유압 펌프에 의해 동력이 공급된다. 유압 펌프는 바람직하게는 바람직한 유동률 또는 압력에서 유압 액체를 전달하도록 제어될 수 있는 가변 변위를 갖는 펌프이다. 펌프는 아마도 후륜들의 기계적 구동을 위한 동력원으로서 사용되는 동일한 내연기관에 의해 구동되며 내연기관 상의 동력 인출장치(Power Take-Off)에 연결될 수 있다.
위와 같은 형태의 견인 시스템이 갖는 일반적인 문제점은 정상적으로는 보조 유압 추진 시스템의 장착을 위한 상대적으로 적은 공간이 존재하고, 정교한 제어 시스템을 사용할 수 있도록 하기 위하여 흐름 제어 소자들을 위한 상당히 한정된 공간이 존재한다는 것이다. 지금까지 사용된 유압 시스템들은 따라서 기계적 구동 트레인의 고정된 속도 또는 엔진 속도와 관련하여 고정된 비율로 설정되어 왔다. 특정 토크를 각각의 차륜에 전달할 수 있는 유압 구동을 위한 제어 시스템을 포함하기 위하여 유압 모터들로부터 올바른 토크를 제공하도록 차량의 조향 차륜 각(steering wheel angle) 및 축 거리(wheel base)가 고려해야만 한다.
본 발명의 시스템은 만일 유압 시스템이 기계적으로 구동되는 화물 적재 트럭에 들어맞도록 적용되고 동시에 충분히 잘 제어될 수 있으면 특정 제어 파라미터들이 등한시될 수 있다는 인식을 기초로 한다. 따라서, 본 발명의 시스템은 본질적으로 후륜 속도에 직접적으로 비례하는 속도만을 전달하는 현재 존재하는 그러한 시스템보다 낮은 속도들과 급 선회(turning)들에서 유압 전륜들로부터의 효율적인 견인에 더 잘 적용되는 유압 구동을 위한 제어 시스템을 제공한다. 본 발명의 유압 시스템은 따라서 통상의 화물 적재 트럭에 쉽게 맞출 수 있는 간결한 디자인을 나타낸다.
트럭에 들어맞기가 더 쉽고 또한 효율적인 견인을 제공하는 유압 견인을 제공하기 위하여 유압 펌프에 연결되는 제어 유닛을 포함하는 시스템이 제안된다. 제어 유닛은 제어된 압력 및/또는 흐름이 유압 펌프로부터 유압 차륜 모터들로 전달되는 것과 같이 유압 펌프의 작동을 제어하기 위하여 출력 신호들을 보내도록 프로그래밍된다. 유압 모터들을 제어하기 위하여 제어 유닛에 관련 입력 데이터가 제공된다. 적어도 하나의 후륜의 회전 속도를 표시하는 적어도 하나의 제 1 입력 신호는 견인 차륜들의 제 2 쌍, 즉, 유압으로 구동되는 조종가능한 전륜들의 조향 각을 표시하는 제 2 입력 신호와 함께 사용된다. 이러한 입력 신호들은 바람직한 유압 흐름 또는 압력을 전달하도록 펌프의 압력을 제어할 출력 신호를 계산하기 위하여 알고리즘 내의 제어 유닛에 의해 사용된다.
적어도 하나의 후륜의 회전 속도를 표시하는 제 1 입력 신호는 상기 후륜들(구동 차축의 차륜들)의 제 1 쌍의 평균 회전 속도일 수 있으며 제어 유닛은 유압 펌프의 제어를 위한 출력 신호들의 계산을 위하여 알고리즘 내에 이러한 평균 값을 사용하도록 프로그래밍될 수 있다. 트럭에 일부 후륜 차축이 제공되고 서로 다른 차축 상에 위치되는 차륜 쌍들의 회전 속도를 표시하기 위한 센서들이 존재하는 경우에 있어서, 제어 유닛은 유압 펌프의 제어를 위한 상기 출력 신호들의 계산을 위하여 사용되는 일부 후륜들의 쌍의 회전 속도를 기초로 하여 평균 회전 속도를 수신하거나 계산하도록 프로그래밍될 수 있다. 후륜들의 속도는 예를 들면, 기어박스로부터 나가는 샤프트 상에 위치되는 속도 센서를 사용함으로써 측정될 수 있다. 기어박스로부터의 샤프트 상에 위치되는 속도 센서는 보호 위치 내에 위치되는 장점을 갖는다. 유압 모터들이 제공되는 차량을 고려한 중요한 특징은 흔히 차량에 의해 이동되는 경로 내의 덤불(bush) 또는 돌멩이들로부터 손상될 수 있는 구동트레인 내의 거친 조건 하에서 차량 상에 위치되는 센서들과 와이어들이 사용되도록 의도된다는 것이다.
견인 차륜들의 제 2 쌍(즉, 유압으로 동력이 공급되는 전륜들)의 조향 각을 표시하는 제 2 입력 신호는 유압 펌프의 작동을 제어하기 위하여 출력 신호들을 계산하기 위한 알고리즘 내에 사용되는 이러한 차륜들의 평균 조향 각 값일 수 있다. 각각의 개별 차륜을 위한 조향 각이 없는 경우에 있어서, 센서 시스템을 더 간결하게 하고 설치하기 쉽게 하는 조향 각을 등록하기 위하여 차륜들에 위치될 필요가 없는 조향 칼럼 센서(steering column sensor) 또는 다른 센서들을 사용하는 것이 쉬울 수 있다.
차량에 제 2 구동 조종가능 앞 차축이 제공되는 경우에 있어서, 제어 유닛은 차축의 차륜들의 평균 차륜 속도를 제어하기 위하여 그러한 차축 상의 조종가능한 차륜들의 쌍의 평균 조향 각 값을 사용하도록 프로그래밍된다. 만일 또 다른 조종가능한 구동 차축이 태그(tag) 차축 또는 푸셔(pusher) 차축과 같은 트럭 상의 다른 어떠한 위치 상에 위치되면 동일한 시스템이 사용될 수 있다. 그러한 차축의 평균 조향 각은 그러한 차축의 구동 차륜의 평균 속도를 제어하도록 사용된다.
이러한 평균 각의 적절한 값이 선회 동안에 사이드 슬립(side slip)을 갖지 않는 두 조종된 차륜 사이의 트럭의 중앙 내의 조향 차륜의 차륜 각이다. 조종된 차륜의 차륜 각들의 기계적 조향 기어가 완전히 정확하지 않기 때문에, 선회할 때 항상 조종된 차륜들 상에 작은 사이드 슬립을 유도한다. 두 전륜들의 평균 각을 사용하는 것은 일반적으로 조향 각 입력이 전혀 없는 것과 비교하여 견인 시스템의 제어를 위한 만족스러운 입력 및 시스템의 상당히 향상된 기능을 달성하기에 충분하다. 이러한 더 나은 추정은 조향 기어의 기하학과 유연성 및 각각의 전륜의 추정된 슬립을 기초로 하여 구할 수 있다. 통상의 지식을 가진 자들은 기하학적 계산들의 실행 방법을 인식할 것이다.
조향 각의 평균 값을 사용하는 위에서 설명된 알고리즘은 유압 시스템에서 특히 유용하며 유압 펌프는 각각의 유압 차륜 모터들에 병렬로 연결된다. 병렬 시스템을 사용함으로써 유압 차륜 모터들의 각각의 하나 내의 유압 압력은 서로 직접 소통될 수 있다. 이러한 특징은 견인력이 차축의 두 차륜 사이에서 자동으로 나눠질 수 있는 장점을 갖는다. 만일 트럭이 선회하면, 흐름은 외부 차륜이 내부 차륜보다 더 빠르게 구르는 것과 같이 나눠질 것인데 그 이유는 압력이 동등하게 나눠질 것이기 대문이다. 이는 또한 본질적으로 내부와 외부 차륜 사이에 차별화된 견인력이 존재하지않고 따라서 견인 차륜들의 쌍 사이의 실제 바람직한 속도 차이의 계산에서의 불일치에 기인하는 타이어 또는 차축의 마모가 없거나 또는 감소될 것이라는 것을 의미한다. 그러나, 유압으로 구동되는 차륜들의 속도는 뒤 차축의 기계적으로 구동되는 차륜들의 속도와 일치해야만 한다. 일반적으로 전륜들의 속도를 서로 일치시키는 것보다 전륜들의 속도를 후륜들의 속도와 일치시키는 것이 쉽다. 유압 시스템의 이러한 구성은 따라서 시스템이 차량의 효율적인 견인을 실행하는 동안에 더 쉽게 제어하도록 허용한다. 유압 액체를 각각의 모터에 전달하기 위한 유압 시스템은 따라서 바람직하게는 항상 동일한 압력을 두 유압 차륜 모터에 전달하도록 디자인된다. 따라서, 더 적은 잠재적인 누설 지점을 가지며 내구성이 있는, 트럭 상에 설치하기 쉬운, 시스템을 위한 감소된 비용의 이익들을 가질 수 있는, 더 적은 필요 부품들을 갖는 덜 복잡한 시스템을 구성하는 것이 가능할 것이다.
전륜들의 견인력은 차량이 선회할 때 후륜들과 비교하여 과속도를 가질 것과 같이 제어될 수 있다. 이는 트럭의 선회 반경을 향상시킬 것이며, 선회 반경은 180도 선회의 지름일 것이다. 선회 반경은 어떠한 전륜 견인도 없는 차량과 비교하여 10% 감소될 수 있으며 전륜들이 후륜들과 동일한 속도로 구르도록 제어되는 전륜 견인이 제공되는 차량과 비교하여 35% 감소될 수 있다. 전륜 및 후륜 견인 차량을 위한 향상된 선회 반경에 더하여, 또한 차륜들의 덜한 롤링 저항에 기인하는 감소된 연료 소비가 존재할 것인데 그 이유는 견인 차륜들의 속도가 차륜들의 실제 속도보다 더 잘 적용되기 때문이다.
전륜들 및 후륜들의 속도 사이의 상관관계는 다음과 같이 추정될 수 있다:
Vf/Vr = 1/(cos α) (방정식 1)
여기서
Vf = 전륜 평균 속도
Vr = 후륜 평균 속도
α = 조향 각.
전륜 평균 속도는 예를 들면 제어된 펌프 흐름으로부터 추정될 수 있고 후륜 속도는 프로펠러 축(propeller shaft), 예를 들면, 기어박스로부터 나가는 축 상에서 측정될 수 있다. 위의 방정식은 전륜 및 후륜 속도 사이의 바람직한 상관관계를 위한 단순화된 모델이다. 제어 알고리즘을 적용하기 위하여 아래의 방정식과 같은 방정식에 파라미터 K가 추가될 수 있다.
Vf/Vr = K/(cos α) (방정식 2)
여기서
K = 보상 파라미터.
K는 전륜 및 후륜 속도 사이의 관계가 얼마나 "적극적(aggressive"인지를, 즉, 앞 및 뒤 견인 차륜들 사이에서 설정 속도 차이의 크기를 변경하거나 제어하도록 사용되는 파라미터가 되도록 의도된다. 파라미터 K는 속도, 전륜들의 표면 마찰, 앞 차축(또는 부기) 압력 및 조향 각에 의존하여 제어될 수 있다. 만일 표면 마찰이 감소되거나, 속도가 증가되거나, 앞 차축 압력이 감소되거나 혹은 전륜들 상에 스핀(spin) 조건이 감지되거나 또는 가능성이 있으면 파라미터 K는 감소되도록 제어될 수 있다. 만일 후륜들 상에 슬립이 감지되면 K는 증가될 수 있다. 파라미터 K는 또한 전륜들의 정확한 조향 각 값의 추정된 값의 차이들의 보상을 위하여 사용될 수 있으며 또한 펌프로부터의 흐름의 실제 값이 바람직한 흐름의 이론적인 값보다 다소 높이 설정되는 것과 같이 유압 변속 시스템(hydraulic transmission system)의 누설과 마찰 손실들의 보상을 위하여 사용될 수 있다.
파라미터 K는 위의 방정식에서 전륜과 후륜의 속도들 사이의 인용값을 곱하도록 사용되었다. 그러나, K가 전륜과 후륜의 속도들 사이의 인용값과 함께 곱하도록 사용되는 것이 반드시 필요하지는 않다. K는 또한 예를 들면 이론적으로 정확한 속도 차이로부터의 편차를 보상하기 위하여 사용될 수 있는 방정식에서 추가된 항(term)으로서 사용될 수 있으며 방정식은 따라서 다음과 같을 것이다:
Vf/Vr = K + 1/(cos α) (방정식 3)
그럼에도 불구하고 전륜 속도와 후륜 속도 사이의 상관관계를 위하여 사용될 수 있는 대안의 방정식은 다음과 같다:
Vf = K + Vr/(cos α) (방정식 4)
특정 제어 상황들에 따라, 조향 각의 함수로서 전륜들의 기하학적으로 정확한 속도로부터의 편차들을 보상하기 위하거나 및/또는 전륜들이 후륜들에 대하여 과속도를 갖도록 제어하기 위하여, 보상 파라미터를 포함하는 위의 방정식 2 내지 4 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한 위의 상관관계들의 조합을 사용하고 또 다른 항 K1과 함께 곱함과 동시에(방정식 2에서와 같이) 계수 K를 더하는 것이(방정식 3 또는 4에서와 같이) 물론 가능하다. 따라서, 전륜 속도와 후륜 속도 사이의 바람직한 상관관계를 계산하기 위한 방정식은 예를 들면 다음과 같을 수 있다:
Vf/Vr + K1 + K2/(cos α) (방정식 5)
차량의 효율적인 견인과 쉽게 제어될 수 있는 유압 시스템을 제공하기 위하여 유압 펌프는 가변 변위를 가질 수 있다. 이러한 경우에 있어서 펌프 용량은 따라서 유압 액체의 바람직한 흐름을 모터들로 전달하도록 쉽게 변경될 수 있다. 유압 모터는 따라서 내연기관에 독립적으로 제어될 수 있으며 엔진 속도 또는 기계적 파워트레인(powertrain)의 기어박스의 출력 샤프트의 속도에 비례하여 흐름을 직접적으로 전달하도록 한정되지 않는다.
유압 펌프로부터의 흐름은 또한 선회할 때 유압 펌프의 변위 용량과 회전 속도가 계산된, 바람직한 값과 상응하는 흐름을 제공하는 것과 같이 제어 유닛, 예를 들면 전자 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 전자 제어 유닛은 또한 후륜 구동 차륜들의 슬립 조건 및/또는 스핀 조건의 표시를 위한 센서들에 연결될 수 있다. "슬립 조건"은 차륜이 차량의 실제 속도와 상응하는 차륜의 회전 속도보다 느리게 회전하는 것, 예를 들면, 단단하지 않은 도로 또는 흙탕길 상에서 제동하거나 또는 느리게 내리막을 이동할 때 발생할 것 같은 조건을 의미한다. "스핀 조건"은 차륜이 차량의 실제 속도와 상응하는 차륜의 회전 속도보다 빠르게 회전하는 것, 예를 들면, 미끄러운 지면 상에서 시동 또는 가속할 때 혹은 모래 또는 진흙에 빠졌을 때 발생할 것 같은 조건을 의미한다. 유압으로 동력이 작동되는 전륜들은 따라서 견인 차륜들의 출력 차륜 속도에 대한 차량의 이동 속도를 보정하는데 도움을 주기 위하여 만일 후륜들 상에 슬립이 감지되면 속도를 줄이거나 및/또는 만일 후륜들 상에 스핀 조건이 감지되면 전륜들 상의 차륜 속도를 증가시키도록 제어될 수 있다.
이미 설명된 것과 같이, 유압 견인 시스템의 적절한 디자인은 평행하게 배치되는 유압 차륜 모터들을 사용하는 시스템이다. 그러나, 그러한 시스템은 만일 차륜들 중 어느 하나의 견인력의 손실이 존재하면 매우 민감할 수 있다. 하나의 차륜의 무제한 회전은 평행하게 연결되는 모터들을 위한 압력 강하 및 따라서 유압으로 동력이 작동되는 모든 차륜 상의 견인력의 손실 위험을 만든다. 유압으로 동력이 작동되는 모든 차륜의 견인력의 손실은 모든 차륜을 위한 밸브들 또는 흐름 제한장치(flow restrictor)를 포함하고 미끄러지는 차륜들로의 흐름을 중단시킴으로써 방지될 수 있다. 그러나, 유압 시스템 내의 그러한 특징부들의 포함은 비용이 많이 들고 또한 트럭을 주 기계적 후륜 견인을 갖는 트럭에 맞추기 어렵다. 차륜 슬립 문제를 해결하는 또 다른 방법은 미끄러지는 바퀴 상에 제동 작동을 실행하는 것일 수 있다. 견인 시스템은 따라서 또한 한 쌍의 브레이크 및 유압으로 동력이 공급되는 전륜들 중 각각의 하나에 연결되는 한 쌍의 차륜 속도 센서를 포함할 수 있다. 브레이크들은 서로 독립적으로 개별적으로 제어될 수 있어야 한다. 차륜 속도에 의존하여 제어되도록 하기 위하여 차륜 속도 센서들은 제어 유닛의 입력 포트에 연결되고 브레이크들은 제어 유닛의 출력 포트에 연결된다. 제어 유닛은 감소된 차륜 속도가 차륜의 슬립 또는 스핀 조건으로서 정의될 때 차륜 상에 브레이크를 활성화하도록 신호를 보낼 것이다. 슬립 또는 스핀 조건은 예를 들면 그러한 차륜의 속도가 전륜 속도, 차량 지면 속도 또는 차륜 쌍 중 나머지 차륜의 속도와 비교하여 특정 제한을 넘어 다를 때 유압으로 동력이 공급되는 전륜을 위하여 정의될 수 있다. 이러한 속도들은 서로 비교할 때, 물론 또한 실제 바람직한 차륜 속도, 또는 차륜 속도 범위가 조향 각을 기초로 하여 추정되는 것과 같이 차량의 선회를 위한 보정 계수들을 포함한다. 따라서 압력은 차륜 제동을 활성화함으로써 호전하는 차륜에 더해지는 증가된 롤링 저항에 의해 유지될 수 있으며 병렬로 연결되는 유압으로 동력이 공급되는 다른 차륜들로부터의 견인이 계속될 것이다. 만일 차륜 속도의 제한을 갖는 문제점이 브레이크들을 사용하여 해결될 수 있으면, 펌프로부터의 흐름이 조절되고 제어될 수 있으며 유압 견인 시스템의 통상의 사용 동안에 흐름을 분할하거나 제한하기 위한 어떠한 필요성도 존재하지 않는다. 이는 예를 들면 바람직한 흐름 또는 압력을 제공하기 위하여 가변 변위 펌프를 제어함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 유압 모터들을 위한 병렬 시스템과 함께 유압으로 구동되는 차륜들의 제어된 제동 작동의 사용 및 예를 들면, 가변 변위 펌프의 사용에 의해 제어된 펌프로부터의 흐름은 시스템 내의 흐름 분할기(flow divider)들 또는 제한장치들의 추가의 필요 없이 효율적으로 제어될 수 있고 통상의 구동뿐만 아니라 견인력의 손실 없이 차륜들의 슬립의 발생을 관리할 수 있는 유압 시스템을 디자인하는 것을 가능하게 하였다. 유압 시스템 내의 흐름 제한장치, 밸브 또는 흐름 분할기의 수를 감소시키기 위하여, 유압 회로 내의 마찰 손실들이 또한 감소될 것인데 그 이유는 이러한 소자들의 포함은 항상 유압 시스템의 내부 손실들을 증가시키기 때문이다. 차륜 슬립에서 차륜을 감속하도록 트럭의 통상의 상용 브레이크(service brake)가 사용될 수 있으며 또 다른 부품들이 트럭에 추가되지 않고 견인 제어 시스템에서 브레이크들만을 포함하는 것이 또한 이러한 시스템이 갖는 또 다른 장점이다.
위의 설명에서, 조종가능하고 유압으로 구동되는 차륜들 쌍은 전륜들인 것으로 가정되었다. 그러나, 조종가능한 전륜들 대신에 또는 이들에 더하여 유압 모터들에 또 다른 차륜들의 쌍, 예를 들면, 조종가능한 후륜들의 쌍을 구비하는 것이 가능하다. 어떻게 유압 시스템과 차륜들의 견인을 제어하는가에 대한 이론적인 추론이 위에서 설명된 이득들 중 일부가 존재하지 않거나 또는 모터들이 한 쌍의 전륜들 상에 적용되는 것과 같이 분명하더라도, 또한 이 경우에 있어서 적용되어야만 한다.
본 발명은 또한 화물 적재 트럭의 견인 시스템의 제어를 위한 방법에 관한 것이다. 견인 시스템은 기계적 구동트레인에 의해 내연기관에 구동식으로 연결되는 후륜 구동 차축 상에 장착되는 적어도 하나의 견인 차륜들의 제 1 쌍 및 차축 상에 장착되고 한 상의 유압 모터에 의해 유압으로 동력이 작동되는 조종가능한 견인 차륜들의 제 2 쌍을 포함한다. 각각의 유압 모터는 상기 견인 차륜들의 제 2 쌍의 각각의 차륜에 위치된다. 유압 모터들은 내연기관에 의해 동력이 공급되는 유압 펌프를 포함하는 유압 회로 내에 통합된다. 펌프는 유압 모터들에 동력을 공급하도록 배치된다. 유압 펌프로부터 유압 차륜 모터들로 전달되는 압력 및/또는 흐름을 제어하기 위하여, 제어 유닛은 유압 펌프에 연결되고 유압 펌프(9)의 작용을 제어하기 위하여 출력 신호들을 송신하도록 적용된다. 제어 유닛은 적어도 하나의 후륜의 회전 속도를 표시하는 적어도 하나의 제 1 입력 신호 및 유압 모터들이 제공되는 견인 차륜들의 제 2 쌍의 조향 각을 표시하는 제 2 입력 신호에 의존하여 출력 신호들을 계산하기 위하여 알고리즘을 사용한다.
유압 펌프의 제어는 바람직하게는 펌프의 변위 용량의 변화에 의해 만들어진다. 제어 전략은 펌프가 바람직한 흐름을 전달하도록 제어하기 위한 것일 수 있다. 제어에 의한 목적은 전륜들의 평균 속도를 제어하는 것이다. 이는 펌프의 흐름을 제어함으로써 수행된다. 펌프의 흐름은 펌프의 변위를 곱한 속도에 비례한다. 전륜들의 평균 속도는 작은 누설 흐름에 의해 감소되는 이러한 흐름에 비례하며 차륜 모터들의 변위의 합으로 나눠진다. 더 고급 수준의 속도 제어를 위하여 압력과 속도에 의존하는 누설 흐름의 변화가 고려될 수 있다. 정상의 경우에 있어서 누설 흐름이 일정하다고 가정하는데 충분하다.
도 1은 전륜들 상에 보조 유압 견인이 제공되는 무거운 화물 적재 차량의 개략도를 도시한다.
도 2는 유압 모터의 축 방향 단면도의 개략적인 도면을 도시한다.
도 1에 견인 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭(1)의 사시도를 도시한다. 트럭(1)은 뒤 구동 차축(3) 상의 견인 차륜들의 제 1 쌍(2a, 2b)을 포함한다. 차축(3)은 기어박스(13)를 포함하는 기계적 구동트레인(4)을 거쳐 내연기관(5, ICE)에 연결된다. 트럭은 앞 차축(7)에 장착된 견인 차륜의 제 2 쌍(6a, 6b)을 더 포함한다. 이러한 두 개의 차륜(6a, 6b) 중 각각의 하나에 유압 펌프(9)를 포함하는 유압 회로에 연결되는 유압 모터(8a, 8b)가 제공된다. 펌프는 또한 그것들의 제동 작동의 제어를 위하여 한 쌍의 전륜 브레이크(11a, 11b)에 연결되는 전자 제어 유닛(10, ECU)에 의해 제어된다. 전자 제어 유닛(10)은 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b) 중 각각의 하나의 개별 속도의 검출을 위하여 전륜 속도 센서들(12a, 12b)과 같은 일부 서로 다른 종류의 센서들에 더 연결된다. 전자 제어 유닛(10)은 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 조향 각의 검출을 위하여 조향 각 센서들(14a, 14b)에 더 연결된다. 전자 제어 유닛(10)은 뒤 구동 차축(3)에 연결되는 기어박스(13)로부터 출력 샤프트 상에 위치되는 회전 속도 센서(15)에 더 연결된다.
위에 설명된 실시 예는 단일 쌍의 후륜과 단일 쌍의 전륜이 제공되는 화물 적재 트럭을 위하여 예시된 견인 시스템이다. 그러나, 화물 적재 트럭의 다수의 후륜뿐만 아니라 다수의 전륜이 존재할 수 있다. 따라서, 유압으로 구동되는 차륜 쌍들을 갖는 부가적인 앞 차축뿐만 아니라 부가적인 기계적으로 구동되는 뒤 차축이 존재할 수 있다. 또한 화물 적재 트럭의 태그 차축들 또는 푸셔 차축들 상에 유압으로 구동되는 후륜 쌍들이 존재할 수 있다.
도 2는 도 1에 개시된 시스템에 적합한 유압 모터(8)의 축 방향 단면도를 개략적으로 도시한다. 유압 모터(8)는 둥근 모서리들(21) 및 모서리들(21) 사이에 둥근, 안쪽으로 융기된 돌출부들(22)이 제공되는 본질적으로 6각형 형태를 갖는 외부 캠 링(cam ring, 20)을 포함한다.
시계 방향으로 모서리(23)로부터 융기된 돌출부(22)의 피크(peak)로 연장하는 방향 장(23, direction field)은 시계방향 회전 장(23)과 상응하며 그러한 장(23)은 따라서 아래에 순방향(forward) 회전 장으로서 언급될 것이다. 시계반대 방향으로 모서리(23)로부터 융기된 돌출부(22)의 피크로 연장하는 방향 장(23)은 시계 반대 방향 회전 장(24)과 상응하며 그러한 장(24)은 따라서 아래에 역방향(reverse) 회전 장(24)으로서 언급될 것이다. 유압 모터는 또한 차륜과 함께 회전되고 순방향 채널들(26)과 역방향 채널들(27)이 제공되는 중심 분배기 플레이트(25, distributor plate)를 더 포함한다. 채널들(26, 27)은 각각 들어맞도록 적용되고 고정된 실린더 블록(29) 상의 모터(8)의 회전 중심 주위에 대칭으로 위치되는, 유압 피스톤들(28), 이 경우에는 8개의 피스톤에 유압으로 연결하는 6개의 개구부를 갖는다. 순방향 및 역방향 채널(26, 27)은 유압 액체를 피스톤들(28)에 전달하기 위하여 순방향 채널들(26)이 캠 링(20)의 순방향 회전 장들(23)과 동일한 서클 섹터(circle sector)들 내에 위치되고 역방향 채널들(27)이 역방향 회전 장들(24)과 동일한 서클 섹터들 내에 위치되는 것과 같이 디자인된다. 순방향 채널(26) 또는 역방향 채널(27)이 가압될 때, 캠 링(20) 및 거기에 부착된 차륜은 차량의 순방향 이동(motion) 또는 역방향 이동을 제공하기 위하여 상응하게 이동할 것이다. 도면에서, 두 개의 피스톤(28d, 28h, 상부 왼쪽 및 하부 오른쪽 피스톤)은 맞물려지고 순방향 채널(26)의 개구부에 유압으로 연결되며 유압 시스템으로부터 가압된 유압 액체를 수용할 준비를 한다. 만일 순방향 채널(26) 내의 유압 액체가 가압되면, 상부 왼쪽 피스톤(28g)과 하부 오른쪽 피스톤(28d)은 바깥쪽으로 밀려지며 캠 링(20) 및 캠 링(20)에 부착되는 차륜의 시계방향(순방향) 이동을 야기할 것이다. 캠 링(20)과 분배기 플레이트(25)가 회전함에 따라, 가압된 피스톤들(28d, 28g, 상부 왼쪽 및 하부 오른쪽 피스톤) 사이의 연결은 피스톤들(28d, 28h)이 고정된 실린더 블록(29) 내로 쉽게 돌아올 것과 같이 분리되고 감압될 것이다. 캠 링(20)이 순방향으로 이동하는 동안에, 왼쪽 피스톤(28f) 및 오른쪽 피스톤(28c)은 순방향 채널(26)에 유압으로 연결될 것이며 이러한 피스톤들(28c, 28f)은 캠 링(20)의 연속적인 순방향 이동을 제공할 것이다. 이러한 과정은 따라서 순방향 채널(27)이 감압될 때까지 실린더들(28)을 위하여 계속될 것이다. 만일 대신에 역 이동이 바람직하면, 대신에 역 채널(27)이 가압되고 캠 링(20) 및 부착된 차륜의 역 이동이 활성화된다. 유압 엔진을 분리하기 위하여, 캠 링(20)과 실린더 블록(29) 사이의 공간, 일반적으로 모터 하우징에 의해 정의되는 유압 모터 내의 공간은 피스톤들이 실린더 블록(29) 내로 눌려질 것과 같이 가압될 수 있으며 유압 모터(8)에 연결되는 차륜이 다소 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 유압 모터들은 분리될 때 유압 모터로부터 부가적인 마찰에 기인하는 적은 손실이 존재하는 것과 같은 효율적인 방식으로 분리될 수 있다. 유압 엔진은 일반적으로 도로 또는 고속도로 상에서 30 ㎞/h 이상 이동할 때 화물 적재 트럭의 추진을 위하여 사용되도록 의도되지 않기 때문에, 차량으로의 유압 모터의 장착은 분리될 때 상당한 부가적인 구름 저항(rolling resistance)과 함께 기여하지 않을 것이다.
비록 위에서 캠 링 상에 6개의 캠을 갖는 것으로 예시되나, 캠의 수는 서로 다를 수 있는데, 예를 들면, 9 도는 10이다. 유사하게, 피스톤의 수는 8이 될 필요는 없으며 예를 들면 10 또는 12일 수 있다.
1 : 화물 적재 트럭
2a, 2b : 견인 차륜들의 제 1 쌍
3 : 뒤 구동 차축
4 : 구동트레인
5 : 내연기관
6a, 6b : 견인 차륜들의 제 2 쌍
7 : 차축
8a, 8b : 유압 모터
9 : 유압 펌프
10 : 전자 제어 유닛
11a, 11b : 전륜 브레이크
12a, 12b : 전륜 속도 센서
13 : 기어박스
14a, 14b : 조향 각 센서
15 : 회전 속도 센서
20 : 캠 링
21 : 모서리
22 : 돌출부
23 : 순방향 회전 장
24 : 역방향 회전 장
25 : 분배기 플레이트
26 : 순방향 채널
27 : 역방향 채널
28 : 피스톤
29 : 실린더 블록

Claims (14)

  1. 기계적 구동트레인(4)에 의해 내연기관(5)에 구동식으로 연결되는 뒤 구동 차축(3) 상에 장착되는 적어도 하나의 견인 차륜의 제 1 쌍(2a, 2b);
    차축(7) 상에 장착되고 한 쌍의 유압 차륜 모터(8a, 8b)에 의해 유압으로 동력이 공급되는 조종가능한 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b); 및
    상기 내연기관(5)에 의해 동력이 공급되고 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)을 구동하도록 배치되는 유압 펌프(9)를 포함하는 유압 회로;를 포함하여 구성되는 견인 시스템이 제공되는 화물 적재 트럭(1)에 있어서,
    상기 견인 시스템은 상기 유압 펌프(9)에 연결되고 상기 유압 펌프(9)의 작동을 제어하여 상기 유압 펌프(9)로부터 유압 차륜 모터들(8a, 8b)로 전달되는 압력 및 흐름을 제어하기 위한 출력 신호들을 보내도록 적용되는 제어 유닛(10)을 더 포함하며,
    상기 제어 유닛(10)은 적어도 하나의 후륜(2a, 2b)의 회전 속도를 표시하는 적어도 하나의 제 1 입력 신호 및 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)이 제공되는 상기 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 조향 각을 표시하는 상기 제어 유닛(10)에 의해 수신되는 제 2 입력 신호를 계산하기 위한 알고리즘을 사용하며, 상기 유압 펌프(9)는 각각의 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)에 병렬로 연결되며, 유압 액체를 상기 각각의 유압 차륜 모터들(8a, 8b)에 전달하기 위한 상기 유압 펌프(9)는 항상 동일한 압력을 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b) 모두에 전달하도록 디자인되며, 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)은 고정 변위를 갖는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 유닛(10)은 상기 유압 펌프(9)의 작동을 제어하기 위하여 출력 신호들을 계산하기 위한 알고리즘 내에 상기 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 평균 조향 각 값을 사용하도록 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  3. 제 1항에 있어서, 상기 트럭(1)에 조종가능한 전륜들이 더 제공되며 상기 제어 유닛(10)은 상기 유압 펌프(9)의 작동을 제어하기 위하여 출력 신호들을 계산하기 위한 알고리즘 내에 조종가능한 차륜들의 일부 쌍들의 평균 조향 각 값을 사용하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유압 펌프(9)는 가변 변위를 갖는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  5. 제 4항에 있어서, 상기 유압 펌프(9)는 상기 내연기관(5)의 동력 인출장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  6. 제 1항에 있어서, 상기 유압 펌프(9)는 상기 차륜 모터들(8a, 8b) 중 각각의 하나 내의 유압 압력이 서로 직접 소통되는 것과 같이 각각의 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  7. 제 1항에 있어서, 상기 트럭에 유압으로 동력이 공급되는 상기 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 각각의 하나에 연결되는 한 쌍의 브레이크(11a, 11b) 및 상기 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 각각의 차륜에 연결되는 한 쌍의 차륜 속도 센서(12a, 12b)가 더 제공되며, 상기 브레이크들(11a, 11b)은 서로 독립적으로 개별적으로 제어될 수 있고 상기 차륜의 슬립 조건으로서 정의되는 감지된 차륜 속도에 대응하여 제동력을 제공하기 위하여 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제어 유닛(10)은 상기 유압 펌프(9)의 제어를 위하여 상기 출력 신호들을 계산하기 위한 상기 알고리즘 내에 상기 후륜들의 제 1 쌍(2a, 2b)의 평균 회전 속도를 사용하도록 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  9. 제 8항에 있어서, 상기 트럭(1)에 일부 후륜 차축이 제공되며, 상기 트럭(1)에 서로 다른 차축 상에 위치되는 차륜 쌍들의 회전 속도를 표시하기 위한 센서들이 제공되며, 상기 제어 유닛은 상기 유압 펌프의 제어를 위하여 상기 출력 신호들을 계산하기 위하여 사용되도록 하기 위하여, 상기 후륜들의 일부 쌍들로부터의 회전 속도를 기초로 하여. 평균 회전 속도를 수신하거나 또는 계산하도록 더 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  10. 제 1항에 있어서, 상기 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)은 상기 앞 차축(7) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1).
  11. 화물 적재 트럭(1)의 견인 시스템을 구비하고, 상기 견인 시스템은 기계적 구동트레인(4)에 의해 내연기관(5)에 구동식으로 연결되는 뒤 구동 차축(3) 상에 장착되는 적어도 하나의 견인 차륜들의 제 1 쌍(2a, 2b) 및 차축(7) 상에 장착되고 한 쌍의 유압 차륜 모터(8a, 8b)에 의해 유압으로 동력이 공급되는 조종가능한 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)을 포함하며, 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)은 내연기관(5)에 의해 동력이 공급되고 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)을 구동하도록 배치되는 유압 펌프(9) 및 상기 유압 펌프(9)에 연결되고 상기 유압 펌프(9)의 작동을 제어하여 상기 유압 펌프(9)로부터 상기 유압 차륜 모터들(89a, 8b)로의 압력 및 흐름을 제어하기 위한 출력 신호들을 보내도록 적용되는 제어 유닛(10)을 포함하는 유압 회로 내에 통합되는, 화물 적재 트럭(1)의 견인 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 유압 펌프(9)는 각각의 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)에 병렬로 연결되며, 상기 유압 펌프(9)의 작동은 적어도 하나의 후륜(2a, 2b)의 회전 속도를 표시하는 적어도 하나의 제 1 입력 신호 및 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)이 제공되는 상기 견인 차륜들의 제 2 쌍(6a, 6b)의 조향 각을 표시하는 상기 제어 유닛(10)에 의해 수신되는 제 2 입력 신호에 의존하여 출력 신호들을 계산하기 위한 알고리즘을 사용하는 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어되며, 유압 액체를 상기 각각의 유압 차륜 모터들(8a, 8b)에 전달하기 위한 상기 유압 펌프(9)는 항상 동일한 압력을 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b) 모두에 전달하도록 디자인되며, 상기 유압 차륜 모터들(8a, 8b)은 고정 변위를 갖는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1)의 견인 시스템을 제어하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 유압 펌프(9)의 작동은 상기 펌프(9)의 변위 용적을 변경함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1)의 견인 시스템을 제어하는 방법.
  13. 제 11항 또는 12항에 있어서, 상기 유압 펌프(9)의 작동은 바람직한 흐름을 전달하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 화물 적재 트럭(1)의 견인 시스템을 제어하는 방법.
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