KR101904442B1 - 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법 - Google Patents

차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차륜형 작업차량이 험로를 주행하는 도중에 일부 바퀴가 빠져 움직이지 않을 경우 고착상태의 바퀴를 편 브레이크로 사용하여 다른 바퀴의 동력을 증가시킴으로써 빠르게 빠져나올 수 있도록 한 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법에 관한 것이다.

Description

차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법{The Escape System from Stuck situation and Rough Road for Wheel type Work Vehicle and the Same Method}
본 발명은 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차륜형 작업차량이 험로를 주행하는 도중에 일부 바퀴가 빠져 움직이지 않을 경우 고착상태의 바퀴를 편 브레이크로 사용하여 다른 바퀴의 동력을 증가시킴으로써 빠르게 빠져나올 수 있도록 한 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 트랙터 등의 농업용 작업차량이나 건설용 차량은 궤도형인 경우도 있지만, 대부분 바퀴를 사용하는 차륜형 작업차량으로 구성되어 있다.
그런데, 농업용 작업차량이나 건설용 차량의 경우에는 다양한 작업을 진행하도록 하고 있어, 무른 농지에서 작업하거나 비포장 도로를 따라 이동하는 등 다양한 험로 상황에 노출되고 있으며, 그로 인해 일부 바퀴가 구덩이 등에 빠져 고착상태에 이르는 상황이 빈번하게 발생하고 있다.
이와 같이, 바퀴가 고착상태에 있는 경우에는 다양한 방법을 이용하여 고착상태로부터 빠져나오게 되며, 자동차의 경우에는 눈길, 빗길 따위의 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속할 때 과잉의 구동력이 발생하여 타이어가 공회전하지 않도록 차량의 구동력을 제어하는 TCS(Traction Control System)을 채용하고 있다.
TCS는 타이어가 미끄러졌을 때와 좌우 타이어의 회전수에 차이가 있을 때 및 타이어에 펑크가 발생한 경우 등에 작동하며, 연료 분사량, 점화시기, 스로틀밸브 따위를 조절하여 엔진 출력을 떨어뜨리는 시스템과, 구동바퀴에 브레이크를 걸어 직접 제동하는 시스템으로 이루어진다.
그리고 TCS는 구동바퀴가 미끄러지는 것을 컴퓨터가 탐지하면, 자동으로 엔진 출력을 떨어뜨려 휠스핀을 방지하고 브레이크를 작동시켜 미끄러짐을 억제하도록 하고 있으며, 코너링 때에는 한쪽 타이어가 겉도는 것을 방지하여 코너링 성능을 개선하고 있다. 이러한 TCS는 간단한 시스템으로 구성하여 앞바퀴만 제어하기도 하고, 고도의 시스템으로 구성하여 4개의 타이어를 독립적으로 제어하기도 한다.
그러나 상기한 TCS 등의 고착방지 시스템은 고가의 장비로서 자동차 분야에만 적용되고 농업용 차량이나 건설용 차량 등에는 적용되지 않고 있으며, 농업용 및 건설용의 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출과 관련한 시스템은 아직까지 개발되지 않은 실정이다.
한국 공개특허 제10-1999-0020486호 한국 공개특허 제10-2011-0064834호
본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하야 안출된 것으로, TCS와 같은 고가의 시스템을 적용하지 않고 작업차량에 구비된 각종 센서를 이용하여 작업차량의 고착 여부를 판단하고 변속기와 브레이크의 제어를 통해 고착상황으로부터 빠르게 빠져나올 수 있도록 한 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치는,
차륜형 작업차량에 있어서, 작업차량의 차속과 기울기를 이용하여 고착상태 여부 및 험로 상황을 검출하는 고착 및 험로 상황 검출부와; 엔진의 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 차속에 따라 계산된 휠의 회전속도를 비교하여 슬립률을 산출하는 MCU와; 작업차량의 차속과 경사도 및 슬립률을 이용하여 작업차량이 고착 및 험로 상황에 직면하였는지를 판단하고 고착 및 험로 상황을 벗어나도록 브레이크와 변속기를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, MCU는 엔진의 회전속도와 기어단수에 따라 휠의 회전속도를 산출하고 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도를 산출하는 속도 계산부와, 엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 회전속도를 대비하여 슬립률을 계산하는 슬립률 계산부를 포함한다.
또, 제어부는 고착상태에 빠진 바퀴를 편 브레이크로 사용하고 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 형태로 브레이크와 변속기를 제어하게 된다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출방법은,
작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하는 제1단계와; 실제 차속이 기준 차속 이하이고, 경사도가 기준 경사도 이상이며, 슬립률이 기준 슬립률 이하인 경우에 고착상태에 있는 것으로 판단하고 고착상태의 바퀴를 검출하는 제2단계와; 고착상태에 있는 바퀴가 편 브레이크로 작용하도록 브레이크와 변속기를 제어하여 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 제3단계와; 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하여 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하고 그렇지 않은 경우에는 여전히 고착상태에 있는 것으로 판단하여 다음 단계로 진행하는 제4단계와; 작업차량의 주행 단수를 낮추도록 변속기를 제어하는 제5단계와; 주행 단수가 낮아진 상태에서 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하여 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하는 제6단계;를 포함한다.
또한, 제6단계에서 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치 이하이고 경사도가 기준 경사도 이상인 경우 상기 제5단계로 귀환하여, 작업차량이 고착상태를 벗어날 때까지 제5단계와 제6단계를 반복 수행한다.
그리고 작업차량의 슬립률을 계산하는 방법은, 엔진의 회전속도를 측정하는 단계와, 기어단수 설정에 따른 휠의 최종 기어비를 산출하는 단계와, 엔진의 회전속도와 휠의 기어비를 이용하여 휠의 회전속도를 산출하는 단계와, 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도를 산출하는 단계와, 엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 회전속도를 대비하여 슬립률을 계산하는 단계로 이루어진다.
본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법은, 작업 중 또는 이동 중에 일부 바퀴가 고착상태에 이르는 경우 고가의 TCS를 사용하지 않고도 작업차량에 구비된 센서를 이용하여 고착상태에 있는 바퀴를 검출한 후 이를 편 브레이크로 이용하여 다른 타이어의 토크량을 증가시키거나 변속기의 주행 단수를 낮추어 각 타이어의 토크량을 증가시킴으로써 고착상태로부터 신속하게 빠져나올 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출방법이 도시된 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 슬립률 계산 과정이 도시된 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 차륜형 작업차량에 구비된 차속센서(21)와 경사계(22)를 이용하여 실제 차속과 차량의 기울기를 검출하고, 작업차량의 차속과 기울기를 이용하여 고착상태 여부 및 험로 상황을 검출하는 고착 및 험로 상황 검출부(20)와; 엔진의 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 차속에 따라 계산된 휠의 회전속도를 비교하여 슬립률을 산출하는 MCU(30)와; 작업차량의 차속과 경사도 및 슬립률을 이용하여 작업차량이 고착 및 험로 상황에 직면하였는지를 판단하고 고착 및 험로 상황을 벗어나도록 브레이크 제어부(11)와 변속기 제어부(12)를 통해 브레이크와 변속기를 제어하는 제어부(10);를 포함하여 이루어진다.
이에 따라, 고착 및 험로 상황 검출부(20)와 MCU(30)를 이용하여 고착상태에 있는 타이어를 검출할 수 있게 되고, 제어부(10)에서 브레이크와 변속기를 제어하여 바퀴의 토크를 증가시킴으로써 고착상태로부터 신속하게 빠져나올 수 있게 된다.
이때, 상기 제어부(10)는 고착상태에 빠진 바퀴를 편 브레이크로 사용하고 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 형태로 브레이크를 제어하고, 기어 단수를 낮추는 형태로 변속기를 제어함으로써 토크를 증가시키게 된다.
그리고 MCU(Main Control Unit, 30)는 엔진의 회전속도와 기어단수에 따라 휠의 회전속도(N)를 산출하고 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도(N0)를 산출하는 속도 계산부(31)와, 엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도(N)와 실제 회전속도(N0)를 대비하여 슬립률을 계산하는 슬립률 계산부(32)를 포함한다.
여기서, 슬립률은 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.
Figure 112018021102931-pat00001
그리고, 실제 회전속도 N0은 다음의 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112018021102931-pat00002
여기서, υ는 작업차량의 속도(㎞/h)이고, d는 타이어의 반경(m)이다.
그리고, 본 발명의 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하는 제1단계와; 실제 차속이 기준 차속 이하이고, 경사도가 기준 경사도 이상이며, 슬립률이 기준 슬립률 이하인 경우에 고착상태에 있는 것으로 판단하고 고착상태의 바퀴를 검출하는 제2단계와; 고착상태에 있는 바퀴가 편 브레이크로 작용하도록 브레이크와 변속기를 제어하여 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 제3단계와; 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하고 그렇지 않은 경우에는 여전히 고착상태에 있는 것으로 판단하여 다음 단계로 진행하는 제4단계와; 작업차량의 주행 단수를 낮추도록 변속기를 제어하는 제5단계와; 주행 단수가 낮아진 상태에서 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하여 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하는 제6단계;를 포함하여 이루어진다.
이때, 제6단계에서 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치 이하이고 경사도가 기준 경사도 이상인 경우 상기 제5단계로 귀환하여, 작업차량이 고착상태를 벗어날 때까지 제5단계와 제6단계를 반복 수행하게 된다.
한편, 작업차량의 슬립률을 계산하는 방법은, 엔진의 회전속도를 측정하는 단계와, 기어단수 설정에 따른 휠의 최종 기어비를 산출하는 단계와, 엔진의 회전속도와 휠의 기어비를 이용하여 휠의 회전속도(N)를 산출하는 단계와, 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도(N0)를 산출하는 단계와, 엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도(N)와 실제 회전속도((N0))를 대비하여 슬립률을 계산하는 단계로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치와 그 방법을 이용하여 고착상태로부터 빠져나오는 것에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차속센서(21)를 이용하여 작업차량의 속도를 감지하고, 경사계(22)를 이용하여 작업차량의 경사도를 감지하여 기준치와 비교한다. 그리고, MCU(30)의 속도 계산부(31)에서 휠의 회전속도와 실제 회전속도를 각각 산출하고, 슬립률 계산부(32)에서 슬립률을 계산하여 기준치와 비교한다.
차량의 실제 차속이 기준 차속 이하이고, 경사도가 기준 경사도 이상이며, 슬립률이 기준 슬립률 이하이면, 바퀴가 고착상태에 있는 것으로 판단하여 고착상태의 바퀴를 검출한다. 고착상태의 바퀴가 검출되면 브레이크 제어부(11)를 통해 해당 바퀴를 편 브레이크로 작동시킴으로써 나머지 바퀴의 토크를 증가시킨다. 이에 따라, 차량속도와 슬립률이 증가하게 되어 고착상태의 바퀴가 빠져나올 수 있게 된다.
이후, 차량 속도와 경사도 및 슬립률을 다시 기준치와 비교하여 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만이면 고착상태에서 빠져나온 것으로 판단하여 험로탈출 제어를 종료하고, 그렇지 않으면 아직 고착상태에 있는 것으로 판단하여 험로탈출 제어를 계속한다. 즉, 변속기 제어부(12)를 통해 주행 단수를 낮춤으로써 모든 바퀴의 토크를 증가시킨다. 이에 따라, 차량속도와 슬립률이 증가하게 되어 고착상태의 바퀴가 빠져나올 수 있게 된다.
이어, 차량 속도와 경사도 및 슬립률을 다시 기준치와 비교하여 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만이면 고착상태에서 빠져나온 것으로 판단하여 험로탈출 제어를 종료하고, 그렇지 않으면 아직 고착상태에 있는 것으로 판단하여 주행 단수를 낮추고 모든 바퀴의 토크를 증가시키는 험로탈출 제어를 반복한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
10 : 제어부 11 : 브레이크 제어부
12 : 변속기 제어부 20 : 고착 및 험로 상황 검출부
21 : 차속 센서 22 : 경사계
30 : MCU 31 : 속도 계산부
32 : 슬립률 계산부

Claims (3)

  1. 차륜형 작업차량에 있어서,
    작업차량의 차속과 기울기를 이용하여 고착상태 여부 및 험로 상황을 검출하는 고착 및 험로 상황 검출부와;
    엔진의 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 차속에 따라 계산된 휠의 회전속도를 비교하여 슬립률을 산출하는 MCU와;
    작업차량의 차속과 경사도 및 슬립률을 이용하여 작업차량이 고착 및 험로 상황에 직면하였는지를 판단하고 고착 및 험로 상황을 벗어나도록 브레이크와 변속기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    MCU는 엔진의 회전속도와 기어단수에 따라 휠의 회전속도를 산출하고 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도를 산출하는 속도 계산부와,
    엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 회전속도를 대비하여 슬립률을 계산하는 슬립률 계산부를 포함하고,
    제어부는 고착상태에 빠진 바퀴를 편 브레이크로 사용하고 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 형태로 브레이크와 변속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출장치.
  3. 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하는 제1단계와;
    실제 차속이 기준 차속 이하이고, 경사도가 기준 경사도 이상이며, 슬립률이 기준 슬립률 이하인 경우에 고착상태에 있는 것으로 판단하고 고착상태의 바퀴를 검출하는 제2단계와;
    고착상태에 있는 바퀴가 편 브레이크로 작용하도록 브레이크와 변속기를 제어하여 다른 바퀴의 토크를 증가시키는 제3단계와;
    작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하여 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하고 그렇지 않은 경우에는 여전히 고착상태에 있는 것으로 판단하여 다음 단계로 진행하는 제4단계와;
    작업차량의 주행 단수를 낮추도록 변속기를 제어하는 제5단계와;
    주행 단수가 낮아진 상태에서 작업차량의 실제 차속과 경사도 및 슬립률을 각각의 기준치와 대비하여 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치를 초과하고 경사도가 기준 경사도 미만인 경우에는 고착상태를 벗어난 것으로 판단하여 제어를 종료하는 제6단계;를 포함하고,
    제6단계에서 작업차량의 실제 차속과 슬립률이 각각의 기준치 이하이고 경사도가 기준 경사도 이상인 경우 상기 제5단계로 귀환하여, 작업차량이 고착상태를 벗어날 때까지 제5단계와 제6단계를 반복 수행하고,
    작업차량의 슬립률을 계산하는 방법은,
    엔진의 회전속도를 측정하는 단계와, 기어단수 설정에 따른 휠의 최종 기어비를 산출하는 단계와, 엔진의 회전속도와 휠의 기어비를 이용하여 휠의 회전속도를 산출하는 단계와, 차량 속도를 이용하여 휠의 실제 회전속도를 산출하는 단계와, 엔진 회전속도에 따른 휠의 회전속도와 실제 회전속도를 대비하여 슬립률을 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차륜형 작업차량의 고착상태 및 험로 탈출방법.
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