KR102419341B1 - 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템은, 건설기계에 탑재되어 엔진의 구동력을 바퀴로 전달시키는 엑슬의 과열을 방지하는 시스템에 있어서, 브레이크 페달; 상기 브레이크 페달의 운전자 조작시 상기 브레이크 페달의 변위를 검출하는 브레이크 센서; 상기 엔진에 탑재되어 구동시 상기 엔진의 배기가스 배출통로의 개도량을 제어하는 배기 브레이크; 및 상기 브레이크 센서로부터 상기 브레이크 페달의 조작이 검출되면, 상기 브레이크 페달 변위에 대응되게 상기 배기 브레이크를 제어하여 상기 배기가스 배출 통로의 개도량을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OVERHEATING PREVENTING OF AXLE FOR CONSTRUCTION EQUIPMENT}
본 명세서는 건설기계의 엑슬 내부의 오일 과열 방지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휠타입 건설기계에서 엑슬(Axle)은 엔진의 구동력을 바퀴로 전달해 주는 장치로, 충격 하중과 부하가 가장 많이 작용하며 주행 성능에 중요한 역할을 수행한다. 엑슬 내부에는 서비스 브레이크가 내장되는 경우가 있으며 이 경우 서비스 브레이크와 엑슬은 윤활유를 공유한다.
통상적으로 건설기계의 서비스 브레이크는 운전자의 브레이크 페달 조작시 오일펌프에서 공급되는 오일의 양이 제어됨으로써 구동되어 건설기계를 제동한다. 이러한 서비스 브레이크의 작동시 열이 발생되는데, 이러한 열로 인해 엑슬 내부의 윤활유가 가열된다. 건설기계의 특성상 서비스 브레이크가 자주 구동되는데, 이 경우 윤활유가 서비스 브레이크에 의해 가열되어 과열될 수 있다. 과열된 윤활유는 열화되거나 엑슬 내부에서 고착되어 엑슬 또는 서비스 브레이크의 심각한 고장을 유발할 수 있다. 따라서, 차량을 운전하는 운전자의 안전을 확보할 수 없는 문제가 발생될 수 있다.
상술한 바와 같은 엑슬 윤활유의 과열을 방지하기 위해 별도의 쿨러(Cooler)가 설치될 수 있는데, 이는 건설기계의 제조원가를 상승시키고 복잡한 구조를 유발시킨다. 대형 건설기계 또는 특수목적 건설기계의 경우 대용량의 쿨러가 필요하여 제조원가 상승 및 구조 복잡화 문제는 더 증가된다.
이에 엑슬(axle) 오일(oil)의 열화 및 고착을 방지함에 있어, 쿨러(cooler)를 장착하는 방법을 배제하거나 최소화시킬 수 있는 시스템에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 명세서의 일 실시 예는 엑슬의 윤활유의 과열을 방지할 수 있는 엑슬 과열 방지 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템은, 건설기계에 탑재되어 엔진의 구동력을 바퀴로 전달시키는 엑슬의 과열을 방지하는 시스템에 있어서, 브레이크 페달; 상기 브레이크 페달의 운전자 조작시 상기 브레이크 페달의 변위를 검출하는 브레이크 센서; 상기 엔진에 탑재되어 구동시 상기 엔진의 배기가스 배출통로의 개도량을 제어하는 배기 브레이크; 및 상기 브레이크 센서로부터 상기 브레이크 페달의 조작이 검출되면, 상기 브레이크 페달 변위에 대응되게 상기 배기 브레이크를 제어하여 상기 배기가스 배출 통로의 개도량을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템은, 오일 펌프와, 상기 오일 펌프로부터 공급되는 작동유를 제어하여 상기 건설기계를 제동하는 서비스 브레이크를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 브레이크 페달의 조작이 검출되면 상기 배기 브레이크를 제어하여 건설기계의 주행 속도를 감소 시킨 후 상기 서비스 브레이크를 제어하여 상기 건설기계를 제동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서비스 브레이크는 상기 엑슬에 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템은, 엑셀 페달 및 상기 엑셀 페달의 변위를 측정하는 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 운전자의 조작에 의해 상기 브레이크 페달 및 상기 엑셀 페달이 조작되면, 상기 브레이크 페달 조작에 대응하는 제 1 목표 엔진 출력과 상기 엑셀 페달 조작에 대응하는 제 2 목표 엔진 출력을 산출하고, 상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력 이상인 경우 상기 브레이크 페달의 변위에 대응되도록 상기 배기 브레이크를 제어하고, 상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력보다 작은 경우 상기 엑셀 페달의 변위에 대응되도록 상기 배기 브레이크를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 브레이크 페달 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량 변화의 관계가 기 설정된 제 1 데이터와 상기 엑셀 페달 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량 변화에 대해 기 설정된 제 2 데이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 건설기계 작업 및 주행 제어를 위한 제어신호를 출력하는 차량 콘트롤러(VCU); 및 상기 차량 콘트롤러에서 출력된 상기 제어신호를 수신하여 상기 엔진의 연료공급량을 제어하는 엔진 콘트롤러(ECU);를 포함하며, 상기 차량 콘트롤러는 상기 건설기계의 제동을 위한 상기 서비스 브레이크의 구동을 제어하고, 상기 브레이크 페달 변위에 대응하여 산출된 상기 배기 브레이크 구동 지령 신호를 출력하고, 상기 엔진 콘트롤러는 상기 차량 콘트롤러로부터 수신된 상기 배기 브레이크 구동 지령 신호에 대응하도록 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템은, 상기 배기 브레이크의 작동 여부를 선택하기 위한 선택 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템의 엑슬 과열 방지 시스템의 제어방법에 있어서, 운전자의 브레이크 페달 작동 여부 및 상기 브레이크 페달의 변위량을 검출하는 단계; 및 상기 브레이크 페달이 작동된 경우 엔진의 배기가스 배출 통로가 상기 브레이크 페달의 변위량에 대응하는 개도량이 되도록 배기 브레이크를 작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며, 엑슬 내부의 윤활유 온도가 기 설정된 소정 온도를 초과한 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며, 운전자의 별도 스위치 조작에 의해 상기 배기 브레이크의 구동이 선택된 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며, 차량의 기어가 중립 상태가 아닌 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달이 조작되면 건설기계의 주행 속도가 기 설정된 기준 속도 이하인지 확인하는 단계; 상기 건설기계의 주행 속도가 상기 기준 속도 이하인 경우 서비스 브레이크를 작동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계; 및 상기 건설기계의 주행 속도가 상기 기준 속도보다 큰 경우 상기 배기 브레이크를 구동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달이 조작되면 상기 브레이크 페달의 조작량을 확인하는 단계; 및 상기 브레이크 페달의 변위가 기준 변위 이상인 경우 상기 서비스 브레이크를 작동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법은 상기 브레이크 페달이 조작되면 운전자의 엑셀 페달 조작을 확인하는 단계; 상기 브레이크 페달의 변위에 대응되는 제 1 목표 엔진 출력과 상기 엑셀 브레이크 페달의 변위에 대응되는 제 2 목표 엔진 출력을 산출하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 목표 엔진 출력을 비교하는 단계; 상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력보다 큰 경우 상기 브레이크 페달의 변위 변화와 상기 배기가스 배출통로 개도량의 변화의 관계로 기 설정된 제 1 데이터를 기초로 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 단계; 및 상기 제 1 목표 엔진 회전수가 상기 제 2 목표 엔진 회전수보다 작은 경우, 상기 엑셀 페달의 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량의 변화의 관계로 기 설정된 제 2 데이터를 기초로 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서의 일 실시 예에 따르면 배기 브레이크의 활용을 통해 서비스 브레이크의 작동이 빈번한 경우에도 건설기계의 엑슬 내부 온도가 과열되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이에 따라, 엑슬 윤활유 냉각을 위한 쿨러의 설치가 생략되거나 저용량의 쿨러를 사용할 수 있어 제조원가 부담을 낮추고 건설기계 구조를 단순화 시킬 수 있는 효과가 발생될 수 있다.
또한, 배기 브레이크의 작동이 단순히 브레이크 페달의 조작만으로도 가능하여 보다 용이하게 건설기계의 제동 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 건설기계의 서비스 브레이크 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 파킹 브레이크 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 엔진 배기 브레이크를 이용한 엑슬 과열 방지 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 엔진 배기 브레이크를 이용한 엑슬 과열 방지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 브레이크 페달 및 엑셀 페달의 변위에 따른 배기 브레이크의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 엔진 배기 브레이크를 이용한 엑슬 과열 방지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
휠타입 건설기계와 같은 차량은 엔진과, 엑슬, 제동시스템, 제어부를 포함한다. 엔진은 차량의 주행 및 작업을 위한 동력을 제공한다. 차량의 작업을 위한 작업장치를 구동시키기 위한 복수의 유압펌프는 엔진으로부터 동력을 제공받는다. 복수의 유압펌프는 유압시스템을 통해 차량의 각 구동부와 연결될 수 있다.
엑슬은 변속기 및 프로펠러 샤프트와 같은 동력 전달 기구를 통해 엔진과 연결되며, 엔진의 동력은 엑슬을 통해 바퀴로 전달되어 차량의 주행이 가능하게 된다.
제어부는 운전자의 조작에 대응하여 차량의 작업 또는 주행을 제어하며, 차량 콘트롤러(VCU)와 엔진 콘트롤러(ECU)를 포함할 수 있다. 차량 콘트롤러는 운전자의 조작에 대응되도록 유압시스템을 제어하여 작업 장치를 구동시킬 수 있고, 브레이크 페달 및 엑셀 페달의 조작에 대응하여 차량의 주행 및 제동을 가능하게 할 수 있다.
상술한 브레이크 페달 및 엑셀 페달이 조작될 경우 차량 콘트롤러는 엔진 콘트롤러에 적절한 제어신호를 출력하고, 엔진 콘트롤러는 차량 콘트롤러로부터 출력된 제어신호를 기반으로 엔진의 연료분사량 등을 조절하여 엔진의 출력을 조절할 수 있다. 상황에 따라 차량 콘트롤러와 엔진 콘트롤러는 단일의 콘트롤러 형태로 구성될 수도 있다.
제동시스템은 운전자가 브레이크 페달 또는 파킹 브레이크 조작기 등을 조작할 경우 주행 중인 차량을 제동하거나 정지된 차량이 주행하지 않도록 고정시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 제동시스템은 브레이크 페달과, 서비스 브레이크 시스템, 파킹 브레이크 시스템을 포함한다.
도 1을 참조하면, 건설기계의 서비스 브레이크 시스템은 제 1 오일 펌프(1), 브레이크 페달(2), 서비스 브레이크(3) 및 오일 쿨러(4)를 포함할 수 있다. 운전자가 브레이크 페달(2)를 조작하면 제 1 오일 펌프(1)에서 서비스 브레이크(3)로 공급되는 작동유의 양이 제어되어 서비스 브레이크(3)에서 제동력이 발생된다. 이를 위해 서비스 브레이크(3)는 바퀴와 함께 회전하는 회전형 기구와 회전하지 않는 비회전형 기구를 포함하며, 제 1 오일 펌프(1)에서 공급된 작동유의 영향으로 상호 밀착하여 마찰력을 발생시킴으로써 바퀴의 회전, 즉 차량의 주행을 제동한다.
파킹 브레이크 시스템은 정지된 차량을 고정된 상태로 유지시키거나 저속의 차량을 제동하는데 사용할 수 있으며, 도 2와 같이, 제 2 오일 펌프(5), 스위치(6), 솔레노이드 밸브(7) 및 파킹 브레이크(8)로 구성된다. 파킹 브레이크의 작동은 다양한 방법으로 이루어질 수 있는데, 건설기계에서는 파킹 브레이크 스위치(6)의 온(on)/오프(off) 조작에 의해 이루어지는 경우가 일반적이다. 운전자가 파킹 브레이크 스위치(6)를 조작하면 솔레노이드 밸브(7)도 온/오프 조작되어 제 2 오일 펌프(5)에서 파킹 브레이크(8)로 공급되는 오일의 양이 제어된다. 그에 따라, 파킹 브레이크(8)에서는 제동력이 발생되거나 해제된다.
한편, 서비스 브레이크(3)는 엑슬 외부에 장착될 수 있고, 엑슬 내부에 설치될 수 있다. 엑슬 내부에 설치되는 서비스 브레이크(3)는 엑슬 내부를 윤활하기 위한 윤활유를 활용하여 마모를 저감시킬 수 있다. 서비스 브레이크(3)의 사용시 필연적으로 열이 발생되는데 이러한 열에 의해 윤활유가 가열되면 윤활유가 열화하거나 엑슬 내부에 고착될 수 있다. 윤활유의 과열 위험성은 서비스 브레이크(3)의 사용이 많은 경우 더 커진다. 그런데 작업을 위해 주행 및 제동이 빈번하게 수행되고, 차량 자체의 자중이 큰 건설기계의 경우 윤활유 과열 위험성이 더욱 크다고 할 수 있다. 따라서, 건설기계에는 윤활유를 냉각시키기 위한 쿨러가 더 설치될 수 있다. 윤활유의 과열을 방지하여 쿨러의 설치를 생략하거나 쿨러의 용량을 줄일 경우 제조원가 및 유지보수에 장점이 발생될 수 있는데, 본 명세서에서는 이를 위해 후술될 바와 같이 엑슬 과열 방지 시스템(100)을 더 포함한다.
도 3은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 엔진 배기 브레이크를 이용한 엑슬 과열 방지 시스템(100)을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 엑슬 과열 방지 시스템(100)은 브레이크 페달(10), 브레이크 페달 변위센서(20), 차량 콘트롤러(VCU: Vehicle Controller, 30), 엔진 콘트롤러(ECU: Electronic Control Unit, 40), 엔진(50), 배기 브레이크(55), 엑슬(60), 엔진 브레이크(미도시), 엑셀 페달(미도시)를 포함할 수 있다. 배기 브레이크(55)는 엔진의 배기가스 배출통로(배기관)의 개도량을 조절하여 배기가스 배출통로에 발생되는 배압을 기반으로 엔진의 회전수를 낮출 수 있다. 이를 위해 배기 브레이크(55)는 배기가스 배출통로에 설치되는 밸브와, 배기가스 배출통로의 개도량이 조절되도록 밸브를 구동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 배기 브레이크는 차량 콘트롤러 또는 엔진 콘트롤러에 의해 구동이 제어될 수 있다. 도 3에 개시된 배기 브레이크(55)는 엔진 콘트롤러(40)에 의해 그 구동이 제어되며, 엔진 콘트롤러(40)는 브레이크 페달(10)의 조작에 대응하여 차량 콘트롤러(30)으로부터 출력되는 제어신호에 대응하여 배기 브레이크(55) 및 연료 분사량을 제어할 수 있다. 이하에서는 배기 브레이크의 작동에 대해 보다 상세하게 설명한다.
차량의 주행 중 운전자에 의해 브레이크 페달(10)이 가압되면 차량은 제동이 요구된다. 브레이크 페달 변위센서(20)는 운전자의 조작에 의한 브레이크 페달(10)의 변위를 검출하여 차량 콘트롤러(30)에 전달한다. 차량 콘트롤러(30)는 브레이크 페달 변위센서(20)로부터 검출된 브레이크 페달(10)의 변위를 수신하고, 수신한 브레이크 페달(10)의 변위에 대응하는 제어를 수행한다. 즉, 서비스 브레이크 시스템의 구동을 제어하거나 배기 브레이크(55)의 출력을 지시하는 제어 지령 신호를 엔진 콘트롤러(40)에 전달한다.
여기서 배기 브레이크(55)는 일정 조건이 충족될 때 구동될 수 있다. 예를 들면 차량의 기어가 중립인 상태인 경우이다. 차량의 기어가 중립 상태이면 차량이 주행 중이 아니기 때문에 배기 브레이크가 작동되어 엔진의 출력을 조정할 필요가 없다. 차량이 정지 상태에서 작업 중일 경우 엔진 출력 저하로 인한 작업 효율 저하를 방지할 수 있는 것이다. 다른 배기 브레이크(55)의 작동 조건은 엑슬(60) 내부의 윤활유의 온도이다. 엑슬(60) 내부의 윤활유 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우 윤활유의 냉각이 불필요하기 때문에 배기 브레이크(55)를 구동시킬 필요가 없기 때문이다. 배기 브레이크(55)의 작동 조건으로는 운전자에 의해 배기 브레이크(55)의 작동여부가 선택되는 것일 수 있다. 이 경우 운전자가 배기 브레이크(55)의 사용여부를 사전에 결정할 수 있게 되는데, 운전석에 별도로 마련된 선택 스위치의 형태로 해당 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예에서는 배기 브레이크(55)가 브레이크 페달(10)의 조작에 의해 작동되는 예가 설명된다.
상술한 바와 같은 배기 브레이크(55)는 엑슬 윤활유 냉각 이외의 목적을 위해서도 작동될 수 있다. 예를 들면 차량의 주행방향이 바뀔 경우가 해당될 수 있다. 차량이 전진에서 후진으로 또는 후진에서 전진으로 주행 방향이 전환될 경우 일시적으로 변속기의 연결이 해제되는 구간이 발생된다. 이 때 엔진에 작용되는 부하가 일시적으로 경감되어 엔진의 회전수가 급격하게 상승할 수 있다. 이렇게 엔진의 회전수가 상승하게 되면 작업장치용 유압시스템에 악영향을 발생시키거나 안전문제가 발생될 수 있다. 엔진 회전수의 일시적인 상승을 방지하기 위해 배기 브레이크는 차량의 주행 방향 전환을 위한 변속기 연결이 해제되는 순간 구동되도록 제어될 수 있다. 또한, 배기 브레이크는 차량이 경사지에서 내려갈 때 엔진 회전수를 제어하여 차량의 속도가 과도하게 높아지는 것을 방지하는 기능을 수행 할 수 있다.
한편, 배기 브레이크는 서비스 브레이크와 함께 사용되거나 순차적으로 사용될 수 있다. 차량이 저속으로 주행 중인 경우 서비스 브레이크를 사용하더라도 윤활유의 온도를 관리할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 사전에 설정된 속도 이상으로 차량이 주행하는 경우에만 배기 브레이크가 사용될 수 있다. 이 경우 기 설정된 기준 속도까지는 배기 브레이크가 차량의 제동을 하고, 기준 속도에 다다르면 서비스 브레이크가 작동하여 차량을 제동시킬 수 있다. 서비스 브레이크가 작동하는 순간에도 배기 브레이크가 지속 작동할 수도 있다.
또한, 건설기계 등의 차량은 작업의 특성상 액셀 페달과 브레이크 페달이 동시에 조작되는 경우가 있다. 예를 들어 차량을 정지시키거나 차량의 제동이 진행되는 중에 작업 장치에 큰 동력을 공급해야 하는 상황이 있으며, 이 때 브레이크 페달과 엑셀 페달이 동시에 조작될 수 있다. 이를 위해 차량 콘트롤러에는 브레이크 페달의 변위에 대응하여 배기 브레이크의 작동량(즉 배기가스 배출통로 개도량) 변화량이 설정된 제1데이터와 엑셀 페달의 변위에 대응하는 배출통로의 개도량 변화량이 설정된 제2데이터가 기억되어 있을 수 있다. 두 개의 페달이 동시에 작동될 때 브레이크 페달 또는 엑셀 페달 중 어느 하나를 상황에 따라 선택하여 배기 브레이크를 작동시키기 위함이다. 상술한 배기가스 배출통로의 개도량은 차량 콘트롤러에 의해 다양한 형태의 값으로 산출이 가능하다. 예를 들면 브레이크 페달의 조작시 그 변위에 대응하는 목표 엔진 회전수를 산출하고 목표 엔진 회전수와 현재 엔진 회전수를 비교하여 적절한 개도량을 산출할 수 있는 것이다. 이러한 엔진 회전수, 배기가스 배출통로 개도량 이외에도 엔진의 출력과 연관된 다른 파라미터들이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 배기 브레이크는 서비스 브레이크 이외에도 다른 형태의 브레이크와도 함께 사용될 수 있다. 긴급 제동 등 특수한 상황을 고려하여 다른 형태의 엔진 브레이크나 파킹 브레이크가 그 예에 해당될 수 있다.
이하에서는 배기 브레이크(55)의 구체적인 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 엔진 배기 브레이크를 이용한 엑슬 과열 방지 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 5는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 브레이크 페달의 변위에 따른 배기 브레이크의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 먼저 브레이크 페달의 작동여부를 검출한다(S100). 브레이크 페달의 작동 여부는 브레이크 페달 변위 센서에 의해 검출이 가능하며 검출 신호는 차량 콘트롤러에 입력된다. 브레이크 페달이 작동된 것으로 판단되면, 배기 브레이크 사용 조건을 만족하는지 확인한다(S200). 배기 브레이크 사용 조건은 앞서 설명한 바와 같이 기어의 중립 상태, 윤활유의 온도, 배기 브레이크의 선택 여부 및 차량의 주행속도 등이 해당될 수 있다. 배기 브레이크 사용 조건에 해당되지 않을 경우 차량 콘트롤러는 서비스 브레이크를 구동시켜 차량의 제동을 수행한다(S700). 배기 브레이크의 작동 조건에 해당될 경우 차량 콘트롤러는 브레이크 페달 변위량에 대응되는 엔진 제어값을 산출한다. 엔진 제어값은 목표 엔진 회전수, 배기가스 배출통로 개도량 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서의 차량 콘트롤러는 목표 엔진 회전수를 산출하여 엔진 콘트롤러 출력하여 배기 브레이크를 작동시킨다(S500). 배기 브레이크의 작동시 배기 브레이크만 사용할 수도 있고 서비스 브레이크와 같은 추가 브레이크 시스템이 더 사용될 수 있다. 도 4에서는 배기 브레이크가 작동에 의해 줄어드는 차속(V)을 기 설정된 기준 차속(Vr)과 비교하는 단계(S600)이 포함된 경우를 나타내고 있다. 차속(V) 기준 차속(Vr)보다 큰 경우에는 지속적으로 배기 브레이크만 사용하고, 차속(V)이 기준 차속(Vr)이하로 줄어들면 서비스 브레이크를 추가로 작동시킬 수 있다(S700). 상술한 바와 같이 차속에 따라 배기 브레이크와 서비스 브레이크의 사용을 조정하는 것 이외에 다른 방법으로도 배기 브레이크와 서비스 브레이크의 사용을 조정할 수 있다.
도 5는 배기 브레이크와 서비스 브레이크의 작동 시점 및 강도를 일례로 나타낸 것이다. 곡선(a)는 운전자의 브레이크 페달(10)을 밟는 각도에 따른 배기 브레이크(55)의 압력의 변화를 나타내는 곡선이고, 곡선(b)는 운전자의 브레이크 페달(10)을 밟는 각도에 따른 서비스 브레이크의 압력의 변화를 나타내는 곡선일 수 있다. 이러한 데이터들을 활용할 경우 추가로 고려할 사항들이 있을 수 있는데, 이를 부연 설명하면 다음과 같다. 도 5의 그래프 곡선에서 'c' 구간은 브레이크 페달이 작동되더라도 배기 브레이크가 작동되지 않는 구간이 될 수 있다. 이는 운전자의 의도와 무관하게 브레이크 페달 등이 미세하게 작동될 경우를 고려한 것으로, 운전자의 의도와 무관하게 배기 브레이크가 작동되어 안전 문제가 발생되거나 운전자의 피로가 유발될 수 있는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다.
또한, 도 5에서 'd' 구간은 초기 차속 감속 구간으로 배기 브레이크는 동작하기 시작되는 구간일 수 있다. 이 구간에서는 배기 브레이크만 작동될 수 있다. 그리고, 도 5의 'e' 구간은 급속한 감속(제동)이 목적인 구간으로 배기 브레이크와 유압 브레이크가 복합적으로 동작하는 구간이다. 'e' 구간 내에서도 브레이크 페달이 많이 조작된 구간에서는 안전적인 문제 또는 차량의 심각한 문제가 발생된 경우일 수 있다. 이에 따라, 이러한 구간에서는 보다 제동력이 높은 서비스 브레이크의 압력을 최대로 사용할 수 있다. 이와 같이 브레이크 페달의 변위에 따라 배기 브레이크와 서비스 브레이크의 작동이 조정될 수 있는데, 이를 활용할 경우 도 6과 같이 차속(V) 대신 브레이크 페달의 변위량을 기반으로 판단(S610)될 수 있다. 즉, 브레이크 페달 조작에 따른 변위량이 기 설정된 기준 변위량 보다 큰 경우, 제어부는 급한 제동이 요구되는 것으로 판단하여 서비스 브레이크를 작동시키도록 제어할 수 있다. 상황에 따라 제어부는 배기 브레이크도 동시에 작동시켜 차량의 제동력을 배가시킬 수 있다.
한편, 건설기계와 같은 차량은 작업환경에 따라 엑셀 페달이 함께 조작되는 경우가 있으며, 이를 고려한 배기 브레이크 작동 방법은 아래와 같다. 도 4를 참조하여 설명하면 먼저 브레이크 페달이 조작되고(S100), 배기 브레이크 사용 조건이 충족된 경우(S200) 차량 콘트롤러는 엑셀 페달이 추가로 조작되었는지 확인을 한다(S400). 엑셀 페달의 조작은 엑셀 페달에 연결된 별도의 엑셀 페달 변위 센서(미도시)를 통해 검출될 수 있다. 엑셀 페달의 조작이 없을 때에는 배기 브레이크는 브레이크 페달 조작에 대응하여 작동되며, 이는 앞서 설명한 바와 동일하여 구체적인 설명은 생략한다. 엑셀 페달의 조작이 발생된 경우, 차량 콘트롤러는 브레이크 페달의 조작량에 대응하는 제1목표엔진출력(Target RPM 1)과 엑셀 페달의 조작량에 대응하는 제2목표엔진출력(Target RPM 2)를 비교한다(S450).
비교 결과, 제1목표엔진출력(Target RPM 1)이 더 큰 경우 엑셀 페달 조작에 의해 요청된 엔진 출력이 현재의 엔진 출력보다 작은 것으로 판단될 수 있다. 이에 의해 배기 브레이크는 브레이크 페달 조작에 대응되는 값으로 작동된다(S500). 만약, 비교 결과, 제1목표엔진출력(Target RPM 1)보다 제2목표엔진출력(Target RPM 2)가 더 크다면 엑셀 페달 조작에 의해 요청된 엔진 출력이 현재의 엔진 출력보다 크다는 것으로 판단될 수 있다. 차량이 제동 중에 부하가 큰 작업을 동시에 진행해야 하는 경우가 이에 해당될 수 있다. 이에 따라 배기 브레이크는 엑셀 페달 조작에 대응되는 값으로 작동된다(S480). 이렇게 두 개의 페달이 모두 작동될 때를 대비하여 차량 콘트롤러는 각 페달의 조작에 대응하는 적절한 배기 브레이크 작동량을 산출할 수 있어야 한다. 이를 위해 차량 콘트롤러에는 브레이크 페달 기준으로 배기 브레이크를 작동시 참조하기 위한 제 1 데이터와 엑셀 페달 기준으로 배기 브레이크를 작동시 참조하기 위한 제 2 데이터가 미리 기억되어 있을 수 있다.
도 5를 참조하면, 곡선(a)는 운전자의 브레이크 페달(10)을 밟는 각도에 따른 배기 브레이크(55)의 압력의 변화를 나타내는 곡선으로 제 1 데이터에 해당될 수 있다. 이와 유사한 형태로 엑셀 페달을 기준으로 한 제 2 데이터 설정이 가능할 수 있다. 경우에 따라서는 브레이크 페달(10)의 변위에 대응하는 배기 브레이크(55)의 출력값과, 엑셀 페달의 조작에 따른 엔진(50)의 회전수에 대응하는 배기 브레이크(55)의 출력값을 차량 콘트롤러(VCU)에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 제 1 오일 펌프 2 : 페달
3 : 서비스 브레이크 4 : 오일 쿨러
5 : 제 2 오일 펌프 6 : 스위치
7 : 솔레노이드 밸브 8 : 파킹 브레이크
10 : 브레이크 페달 20 :브레이크 페달 변위 센서
30 : 차량 콘트롤러 40 : 엔진 콘트롤러
50 : 엔진 55 : 배기 브레이크
55 : 엑슬

Claims (15)

  1. 건설기계에 탑재되어 엔진의 구동력을 바퀴로 전달시키는 엑슬의 과열을 방지하는 시스템에 있어서,
    브레이크 페달;
    상기 브레이크 페달의 운전자 조작시 상기 브레이크 페달의 변위를 검출하는 브레이크 센서;
    상기 엔진에 탑재되어 구동시 상기 엔진의 배기가스 배출통로의 개도량을 제어하는 배기 브레이크; 및
    상기 브레이크 센서로부터 상기 브레이크 페달의 조작이 검출되면, 상기 브레이크 페달 변위에 대응되게 상기 배기 브레이크를 제어하여 상기 배기가스 배출 통로의 개도량을 조절하는 제어부;를 포함하고,
    엑셀 페달 및 상기 엑셀 페달의 변위를 측정하는 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 운전자의 조작에 의해 상기 브레이크 페달 및 상기 엑셀 페달이 조작되면, 상기 브레이크 페달 조작에 대응하는 제 1 목표 엔진 출력과 상기 엑셀 페달 조작에 대응하는 제 2 목표 엔진 출력을 산출하고,
    상기 제어부는 상기 제1 목표 엔진 출력과 상기 제2 목표 엔진 출력을 비교한 결과에 기초하여 상기 배기 브레이크 및 상기 엑셀 페달을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오일 펌프와, 상기 오일 펌프로부터 공급되는 작동유를 제어하여 상기 건설기계를 제동하는 서비스 브레이크를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 브레이크 페달의 조작이 검출되면 상기 배기 브레이크를 제어하여 건설기계의 주행 속도를 감소 시킨 후 상기 서비스 브레이크를 제어하여 상기 건설기계를 제동시키는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서비스 브레이크는 상기 엑슬에 내장되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력 이상인 경우 상기 브레이크 페달의 변위에 대응되도록 상기 배기 브레이크를 제어하고, 상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력보다 작은 경우 상기 엑셀 페달의 변위에 대응되도록 상기 배기 브레이크를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 브레이크 페달 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량 변화의 관계가 기 설정된 제 1 데이터와 상기 엑셀 페달 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량 변화에 대해 기 설정된 제 2 데이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 건설기계 작업 및 주행 제어를 위한 제어신호를 출력하는 차량 콘트롤러(VCU); 및
    상기 차량 콘트롤러에서 출력된 상기 제어신호를 수신하여 상기 엔진의 연료공급량을 제어하는 엔진 콘트롤러(ECU);를 포함하며,
    상기 차량 콘트롤러는 상기 건설기계의 제동을 위한 서비스 브레이크의 구동을 제어하고, 상기 브레이크 페달 변위에 대응하여 산출된 상기 배기 브레이크 구동 지령 신호를 출력하고,
    상기 엔진 콘트롤러는 상기 차량 콘트롤러로부터 수신된 상기 배기 브레이크 구동 지령 신호에 대응하도록 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 브레이크의 작동 여부를 선택하기 위한 선택 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 시스템
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 엑슬 과열 방지 시스템을 구비하는 건설기계.
  9. 제 1 항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 엑슬 과열 방지 시스템의 제어방법에 있어서,
    운전자의 브레이크 페달 작동 여부 및 상기 브레이크 페달의 변위량을 검출하는 단계; 및
    상기 브레이크 페달이 작동된 경우 엔진의 배기가스 배출 통로가 상기 브레이크 페달의 변위량에 대응하는 개도량이 되도록 배기 브레이크를 작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며,
    엑슬 내부의 윤활유 온도가 기 설정된 소정 온도를 초과한 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며,
    운전자의 별도 스위치 조작에 의해 상기 배기 브레이크의 구동이 선택된 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달의 작동이 검출되면 상기 배기 브레이크의 작동 조건이 충족되었는지 확인하는 단계;를 더 포함하며,
    차량의 기어가 중립 상태가 아닌 경우 상기 배기 브레이크가 작동 가능한 조건인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달이 조작되면 건설기계의 주행 속도가 기 설정된 기준 속도 이하인지 확인하는 단계;
    상기 건설기계의 주행 속도가 상기 기준 속도 이하인 경우 서비스 브레이크를 작동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계; 및
    상기 건설기계의 주행 속도가 상기 기준 속도보다 큰 경우 상기 배기 브레이크를 구동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달이 조작되면 상기 브레이크 페달의 조작량을 확인하는 단계; 및
    상기 브레이크 페달의 변위가 기준 변위 이상인 경우 상기 서비스 브레이크를 작동시켜 상기 건설기계를 제동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 브레이크 페달이 조작되면 운전자의 엑셀 페달 조작을 확인하는 단계;
    상기 브레이크 페달의 변위에 대응되는 제 1 목표 엔진 출력과 상기 엑셀 페달의 변위에 대응되는 제 2 목표 엔진 출력을 산출하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 목표 엔진 출력을 비교하는 단계;
    상기 제 1 목표 엔진 출력이 상기 제 2 목표 엔진 출력보다 큰 경우 상기 브레이크 페달의 변위 변화와 상기 배기가스 배출통로 개도량의 변화의 관계로 기 설정된 제 1 데이터를 기초로 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 단계; 및
    상기 제 1 목표 엔진 회전수가 상기 제 2 목표 엔진 회전수보다 작은 경우, 상기 엑셀 페달의 변위 변화와 상기 배기가스 배출 통로 개도량의 변화의 관계로 기 설정된 제 2 데이터를 기초로 상기 배기 브레이크의 구동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 엑슬 과열 방지 방법.

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