KR19990063576A - 전동차량용 엑셀레이터 장치 - Google Patents

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KR19990063576A
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쥬니어 웨슬리 로버트 체리
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추호석
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Abstract

본 발명의 액셀레이터 장치는 차량을 전진 및 후진시키는데 적합한 전기모터를 지니는 전동 차량용으로 사용된다. 이 액셀레이터 장치는 대기위치와 최대 가압위치사이에서 회전하도록 설치된 액셀레이터 페달을 포함한다. 페달에는 미리 정해진 구동경로를 따라 활주가능하고 영구자석을 구비한 길다란 유연성 스트립이 작동적으로 연결된다. 복수개의 전자기센서들이 스트립의 구동경로를 따라 대략 동일한 간격으로 배열되어 있으며, 각각의 센서들은, 비작동상태로 된 경우에는 제 1논리레벨의 페달위치 신호를 발생할 수 있으며, 영구자석이 각각의 센서들중 하나를 지나 이동할 때에는 작동상태로 되어 제 2논리레벨의 페달위치 신호를 발생할 수 있다. 마이크로 프로세서는 페달위치 신호들에 응답하여 전기모터에 공급되는 전류량을 조절함으로써 전기 모터의 토오크 및 속도를 제어하게 된다. 전자기 센서의 예로는, 평상시 논리레벨 1의 출력전압 신호를 발생하지만, 영구자석과 정렬된 경우에는 논리레벨 0의 출력전압 신호를 발생시키는 홀발생기를 들 수 있다.

Description

전동차량용 엑셀레이터 장치
본 발명은 전자기적으로 발생된 디지탈 신호를 이용하여 전기모터의 회전방향을 제어하는 전동차량용 액셀레이터 장치에 관한 것이다. 본 발명은 방향 조절레버의 작동에 의해 회전방향이 변화되고 액셀레이터 페달의 회전각에 따라 토오크 및 속도가 변하는 전기 구동 모터를 채용하는 전동 지게차에 사용하기 적합하다.
전기 승용차, 전기 골프 카트 및 전동 지게차와 같은 전동 차량들은 전기 모터로부터 전진 및 후진구동에 필요한 토오크를 얻는다. 예컨대, 전동 지게차의 경우에는 제어된 토오크 및 제어된 방향으로 회전할 수 있는 배터리 구동 전기 모터를 채용한다. 전기 모터의 회전방향은 지게차의 콘솔의 일측에 회전가능하게 장착된 방향 조절레버에 의해 제어된다.
방향 조절레버는 전진위치, 중립위치 및 후진위치 사이에서 시프트되도록 수동조작된다. 방향 조절레버는 마이크로프로세서에 연결된 전진 및 후진 마이크로스위치들과 공조하며, 또한 그 마이크로프로세서는 마이크로스위치들로부터 공급된 전기신호에 응답하여 전기 모터로의 전류의 흐름을 제어한다. 전진 마이크로스위치는 방향 조절레버가 전진위치로 시프트되는 경우 마이크로프로세서에 전진구동신호를 공급하도록 작동되며, 반면에 후진 마이크로스위치는 방향 조절레버가 후진위치로 회전되면 마이크로프로세서에 후진구동신호를 공급하도록 작동된다. 방향 조절레버가 중립상태이면, 전진 및 후진 마이크로스위치는 비작동 상태로 되어 마이크로프로세서로 하여금 전기 모터로의 전류공급을 차단하도록 한다.
한편, 전동 지게차에 채용된 전기 모터의 가속은 지게차의 플로어에 답입가능하게 장착된 족동식 액셀레이터 페달의 회전각에 의존한다. 액셀레이터 페달은, 전기 모터가 토오크를 작게 발생하거나 또는 전혀 발생하지 않는 초기위치로 인장스프링에 의해 항시 바이어스되고 있다. 액셀레이터 페달의 회전각이 점차 커지면, 전기 모터에 의해 발생된 토오크가 점진적으로 증가하어 지게차가 가속된 속도로 주행할 수 있다. 이러한 전기모터의 가속은 페달의 회전각의 변화를 검출하고 전기 모터에 공급되는 전류량을 조절하는 방식으로 제어된다. 지금까지 회전각 변화를 검출하는 방법은 페달의 회전각에 대응하여 차례로 작동되어 디지탈 신호를 발생하도록 장치된 감광센서들이나 또는 페달의 회전운동에 의해 발생된 전자기력을 측정하고 그 전자기력에 대응하는 아날로그신호를 발생하도록 설계된 전위차계에 의해 실행되어 왔다. 이렇게 얻어진 디지탈 또는 아날로그 신호들은 전기 모터에 대한 전류공급량을 조절하는 마이크로프로세서에 공급됨으로써, 전기 모터의 토오크 및 속도를 제어한다.
상술한 바와 같이, 지게차의 전기 모터의 회전방향 및 가속은 방향 조절레버 및 감광센서들에 연계된 마이크로스위치 또는 액셀레이터 페달에 연계된 전위차계로부터 공급된 입력신호에 응답하여 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 그러나, 종래의 액셀레이터 장치에 따르면, 가속신호 발생장치는 액셀레이터 장치의 고장을 초래하는 주요 원인으로 될 수 있는 물의 유입, 물에 의한 손상 및 베어링/시일 마모에 매우 취약하다고 하는 결점이 있다. 종래의 액셀레이터 장치의 또 다른 결점은, 각종부품이 마이크로프로세서로부터 멀리 떨어진 차량의 플로어 하부에 배치되기 때문에 구조가 복잡하고 가격이 고가로 되는 점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 물의 유입 및 베어링/시일 마모에 의한 손상 및 고장을 회피할 수 있으며 염가로 간편하게 제작할 수 있는 전동 차량용 액셀레이터 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 차량을 전진 및 후진구동하는 전기 모터를 지니는 전동차량에 사용하기 위한 액셀레이터 장치가 제공된다. 본 발명의 액셀레이터 장치는 휴지위치와 최대 가압 위치사이에서 회전할 수 있는 족답식 액셀레이터 페달을 구비한다. 페달에는 미리 정해진 구동경로를 따라 활주가능하며 영구자석을 구비하는 길다란 유연성 스트립이 작동적으로 연결된다. 복수개의 전자기센서들이 스트립의 구동경로를 따라 대략 동일한 간격으로 배열되며, 각각의 센서들은, 비작동상태로 유지되는 경우에는 제 1논리레벨의 페달위치 신호를 발생하고, 영구자석이 각각의 센서들중 하나를 지나 이동함에 따라 작동상태로 되어 제 2논리레벨의 페달위치 신호를 발생한다. 마이크로 프로세서는 페달위치 신호들에 응답하여 전기 모터에 공급되는 전류량을 조절하여 전기 모터의 토오크 및 속도를 제어한다. 전자기 센서로는, 평사시 논리레벨 1의 출력전압 신호를 발생하지만 영구자석과 정렬될 때는 논리레벨 0의 출력전압 신호를 발생시키는 홀발생기(Hall generator)를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액셀레이터 장치가 설치된 전동 지게차의 카울 및 플로어패널을 보여주는 도면으로서, 액셀레이터 페달이 최대 가압위치로 답입된 상태를 쇄선으로 표시하는 부분 단면도.
도 2는 콘트롤러 케이싱 및 그 콘트롤러 케이싱의 가이드 채널에 활주가능하게 수용되며 영구자석을 구비한 길다란 유연성 스트립을 보여주는 측단면도.
도 3은 도 2에 도시된 콘트롤러 케이싱 및 길다란 유연성 스트립의 정면도.
도 4는 도 2 및 3에 도시된 콘트롤러 케이싱 및 길다란 유연성 스트립의 횡단면도.
도 5는 전기 모터의 토오크 및 속도를 제어하도록 본 발명의 액셀레이터 장치에 채용된 전기회로를 보여주는 블록도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 플로어 패널 12: 액셀레이터 페달
22: 액튜에이터 레버 24: 콘트롤러 케이싱
26: 보드 챔버 28: 가이드 채널
32: 논리 보드 36: 플라스틱 스트립
42: 영구자석 44: 마이크로프로세서
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전동 지게차와 같은 전동 차량은 플로어패널(10)과 그 플로어패널(10)의 전방에 경사지게 설치된 카울(11)을 구비한다. 플로어 패널(10)의 바로 하부에는, 족동식 액셀레이터 페달(12)이 마운팅 브래킷(16)에 의해 지게차의 차체(14)에 피봇고정되며, 이 액셀레이터 페달(12)은 도 1에서 실선으로 표시된 휴지위치와 쇄선으로 표시된 최대가압위치사이에서 피봇 샤프트(18)를 중심으로 회전할 수 있다. 플로어 패널(10)에는 조절가능한 스토퍼 볼트(20)가 나사조절식으로 부착되어 있고 그 플로어 패널로부터 상방으로 돌출되어 있어 액셀레이터 페달(12)이 최대가압위치를 지나 이동하는 것을 방지한다. 또한, 액셀레이터 페달(12)과 함께 점선위치로 단순하게 회전구동될 수 있는 로드형 액튜에이터 레버(22)가 액셀레이터 페달(12)의 기부로부터 전방을 향해 돌출 설치된다.
콘트롤러 케이싱(24)은 카울(11)의 내부에 고정부착된다. 도 2, 3 및 4에 상세히 도시된 바와 같이, 콘트롤러 케이싱(24)은 보드 챔버(26) 및 가이드 채널(28)을 지니는 바, 양자 모두는 격벽(30)에 의해 물리적으로 분리되어 있다. 보드 챔버(26)의 바닥은 완전히 폐쇄되어 있고, 그 상단은 카울(11)의 후향연장부에 의해서 가려져 있다. 이러한 구조에 의하면, 수분의 침투를 억제하여 부품들의 고장 및 손상을 방지할 수 있다. 보드 챔버(26)의 내측에는, 다양한 전자 부품들을 지니는 논리 보드(32)가 세트 스크류(34)에 의해 착탈가능하게 장착된다. 논리 보드(32)의 전자 부품들중 일부는 도 5를 참조하여 후술하는 마이크로프로세서를 구성한다. 콘트롤러 케이싱(24)은 예컨대 스테인레스강과 같은 비자성 재료로 제작하여 영구자석의 자속흐름을 방해하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
콘트롤러 케이싱(24)의 가이드 채널(28)은 보드 챔버(26)의 폭보다 매우 좁으며, 도 3 및 4에 상세히 도시된 바와 같이 콘트롤러 케이싱(24)의 일측 에지를 따라 배치된다. 가이드 채널(26)은 보드 챔버(24)와는 달리 상단부가 폐쇄되어 있으며, 그것의 기단부는 개방되어 있다. 그리고, 슬라이더, 예를 들면 길다란 유연성 플라스틱 스트립(36)이 가이드 채널(28)을 통해 적어도 부분적으로 삽입되어 미리 정해진 구동경로를 따라 활주가능하게 된다. 플라스틱 스트립(36)을 금속후크(38)를 가지며, 이 금속후크는 도 1에 나타낸 바와 같이 액튜에이터 레버(22)의 자유단에 걸어맞춤된다.
도 2 및 3에 도신된 바와 같이, 금속 후크(38)는 한쌍의 인장 스프링(40)에 의해 콘트롤러 케이싱(24)의 바닥에 연결되어 있으므로, 플라스틱 스트립(36)은 평상시 최상부위치로 당겨지게 되고, 엑셀레이터 페달(12)은 답입력을 제거하자마자 휴지위치로 되돌아가게 된다. 플라스틱 스트립(36)의 상단에는 센서작동기, 예를 들면 원반상의 영구자석(42)이 논리보드(32)를 향하도록 부착되어, 플라스틱 스트립(36)과 함께 가이드 채널(28)을 따라 이동한다.
논리보드(32)에는 제 1내지 제 8의 전자기 센서, 예를 들면, 8개의 홀발생기(H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8)가 대략 동일한 간격으로 설치된다. 홀발생기(H1-H8)는 가이드 채널(28)과 나란하게, 즉, 플라스틱 스트립(36) 및 영구자석(42)의 구동경로를 따라 논리보드(32)에 정렬됨으로써, 영구자석(42)이 홀발생기(H1-H8)중 1개 또는 2개의 바로 위를 지날 때, 그에 대응하는 홀발생기 또는 홀발생기들은 영구자석의 자속에 의해 작동상태로 되어 현재의 페달 위치를 표시하는 논리레벨 "0"의 출력전압 신호를 발생할 수 있다. 각각의 홀발생기(H1-H8)가 영구자석과의 정렬상태를 벗어나서 비작동상태로 되면 논리 레벨 "1"의 출력전압 신호를 발생한다. 자석(42)의 크기는, 그것이 홀발생기(H1-H8)중 하나와 정확히 정렬되었을 때에는 당해 홀발생기만을 작동시키고, 인접하는 2개의 홀발생기에 걸쳐 있을 때에는 2개의 홀 발생기를 동시에 작동시킬 수 있도록 설정한다.
도 5에 도시된 블록도를 참조하면, 마이크로프로세서(44)가 랫치(45)를 통해 홀발생기(H1-H8)에 연결되어 있어, 홀발생기들에 의해 발생된 페달위치 신호들을 처리하고 그 페달위치 신호들을 기초로하여 전기 모터(48)의 토오크 및 속도를 제어한다. 랫치(46)는 페달위치 신호들을 일시적으로 저장하고, 필요시 마다 저장된 신호를 마이크로프로세서(44)로 송출하는 역할을 한다. 마이크로프로세서(44)는 홀발생기(H1-H8)로부터 수신된 페달위치 신호들에 의거하여 가속치를 결정하도록 설계된다. 가속치의 크기에 따라, 마이크로프로세서(44)는 전기 모터(48)에 공급될 전류량을 조절함으로써, 액세레이터 페달(12)의 회전각에 비례하여 전기 모터(48)의 토오크 및 속도를 적절하게 제어한다.
다음으로, 본 발명의 전동 차량용 액셀레이터 장치의 작동에 관하여 상세히 설명한다. 액셀레이터 페달(12)에 답입력이 가해지지 않는 경우에는, 액셀레이터 페달(12)이 휴지위치에 유지됨으로써, 플라스틱 스트립(36)의 영구자석(42)은 인장스프링(40)의 바이어스력에 의해 최상부위치에 놓여지게 된다. 따라서, 영구자석(42)이 도 2, 3 및 5에 도시된 바와 같이 제 1홀발생기(H1)에 정렬되고, 제 1홀발생기(H1)는 논리레벨 0의 출력전압 신호를 발생한다. 나머지의 홀발생기(H2-H8)는 비작동상태로 유지되어 논리레벨 1의 출력전압 신호들을 발생하며, 이것이 표 1에 표시되어 있다. 이와 같이 획득된 신호들은 랫치(46)를 통해 마이크로프로세서(44)에 인가되고, 마이크로프로세서(44)는 가속치가 "0"인 것으로 판정함으로써 모터(48)에 공급될 전류를 차단하여 모터(48)의 회전을 중지시킨다.
홀발생기 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 가속치
발생신호 0 1 1 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 11 0 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 1 11 1 0 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 11 1 1 0 0 1 1 11 1 1 1 0 1 1 11 1 1 1 0 0 1 11 1 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1 0 0 11 1 1 1 1 1 0 11 1 1 1 1 1 0 01 1 1 1 1 1 1 0 01234567891011121314
영구자석(42)이 페달(12)의 가압에 의해 하방으로 이동하고 결과적으로 플라스틱 스트립(36)이 직선운동을 하여 제 1 및 제 2홀발생기(H1,H2)의 위로 이동하게 되면, 그 홀발생기들은 동시에 작동하여 논리레벨 0의 출력전압신호를 발생하는 반면 나머지의 홀발생기(H3-H8)는 비작동상태로 유지되어 논리레벨 1의 출력전압신호를 발생한다. 그 결과, 마이크로프로세서(44)는 가속치가 1이라는 결정을 내림으로써, 전기모터(48)에 최소의 전류가 공급되도록 하고, 이에 따라 지게차는 최소의 토오크 및 속도로 전진 또는 후진할 수 있게 된다.
가속페달(12)의 회전각이 증가하면, 제 2 및 제 8의 홀발생기들중 1개 또는 2개가 영구자석(42)에 의해 작동되어 페달 회전각에 대응하는 논리레벨 0의 출력전압 신호들을 발생함으로써, 가속치를 14의 수준까지 점진적으로 증가시키게 된다. 14수준의 가속치에서는 전기 모터(48)에 최대의 전류량이 공급되어 최대 수준의 토오크 및 속도로 회전될 것이므로 지게차를 가장 빠르게 주행시킬 수 있다.
제 1 내지 8의 홀발생기(H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8)중 어느 하나로부터도 논리레벨 0의 출력전압 신호가 발생되지 않는 경우, 마이크로프로세서(44)는 홀발생기들에 고장이 발생한 것으로 판정한다. 이 같은 판정에 따라, 마이크로프로세서(44)는 전기 모터(48)로 공급되는 전류를 차단함으로써 전기 모터(48)가 더 이상 회전하지 못하도록 한다. 홀발생기들의 고장은 디스플레이 장치(50)를 통해 운전자에게 경고된다.
상술한 설명에서는 페달 위치 센서들의 예로서 전자기적으로 작동되는 홀발생기들을 열거하였으나, 홀발생기 이외의 다른 적절한 센서들을 사용하여 액셀레이터 페달(12)의 가압 및 플라스틱 스트립(36)의 직선운동에 따른 신호를 발생시킬수도 있을 것이다. 예컨대, 영구자석(42)을 발광다이오드로 교체하고 홀발생기들 대신에 복수개의 수광다이오드를 사용하는 방식으로 페달위치신호를 발생시킬수도 있다. 마찬가지로 홀발생기들의 개수를 8개보다 많게 또는 적게 증감시킬 수 있다.
이상에서 설명한, 본 발명의 전동차량용 액셀레이터 장치에 의하면, 물의 유입 및 베어링/시일 마모에 의한 부품의 손상 및 고장을 회피할 수 있으며, 제조가격의 염가화 및 구조의 단순화를 도모할 수 있다.

Claims (6)

  1. 차량을 전진 및 후진 구동시키기 위한 전기 모터를 지니는 전동 차량용 액셀레이터 장치에 있어서,
    휴지위치와 최대가압위치사이에서 회전하도록 가압될 수 있는 액셀레이터 페달;
    상기 페달에 작동적으로 연결되고 미리 정해진 구동경로를 따라 활주가능하며 센서 작동기를 구비한 슬라이더;
    상호 동일 간격으로 상기 슬라이더의 구동경로를 따라 배열되며, 비작동시 제 1논리레벨의 페달위치신호를 발생할 수 있으며 상기 센서작동기에 의해 작동되었을 때 제 2 논리레벨의 페달위치신호를 발생할 수 있는 복수개의 센서; 및
    제 1 및 제 2 논리레벨의 페달위치신호들에 응답하여 상기 전기 모터의 토오크 및 속도를 제어하는 수단을 포함하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 슬라이더가 페달에 연결된 제 1단부와 상기 센서 작동기를 구비하는 제 2단부를 지니는 길다란 유연성 스트립을 포함하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 보드 챔버 및 가이드 채널을 갖는 콘트롤러 케이싱을 더 포함하며, 상기 가이드 채널은 상기 보드 챔버로부터 물리적으로 분리되며 상기 슬라이더의 적어도 일부를 활주가능하게 수용하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 액셀레이터 페달을 휴지위치로 바이어스 시키기 위한 수단을 더 포함하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 센서 작동기가 상기 슬라이더에 고정된 영구자석을 포함하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 복수개의 센서가, 영구자석의 자속에 의해 작동가능한 전자기 센서들을 포함하는 전동 차량용 액셀레이터 장치.
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